武义县境，春秋时期属越，战国后期属楚， 秦至东汉为乌伤县地。三国吴赤乌八年（245）分乌伤永康始置武义县，属会稽郡。吴宝鼎元年（266），分会稽郡西部置东阳郡，武义县属东阳郡。之后武义曾经废置。唐天授二年（691）分永康西境又置，改名武成县，属婺州。唐天宝元年（742），婺州复为东阳郡，武成县属东阳郡。唐乾元元年（758）复改东阳郡为婺州。至唐天祐年间（904—907）武成县复名武义县，属婺州。五代至宋沿袭。元至元十三年（1276）婺州改为婺州路，武义县属婺州路；至正十八年（1358）十二月改婺州路为宁越府，武义县属宁越府；至正二十年（1360）正月，改宁越府为金华府，武义县属金华府。明代至清末一直相沿。清宣统三年九月十五日（1911年11月5日）浙江省成立军政府，次日金华成立军政分府，武义县属之。

中华民国元年（1912）2 月实行省、县两级制，武义县直属浙江省。民国 3 年（1914）6月置金华道，武义县属金华道［道尹初驻兰溪，民国 6 年(1917) 移驻衢县］。民国 16 年（1927）4 月废道制，武义县直属浙江省。民国 21 年（1932）6 月，省设立县政督察专员办事处，金华为第八区，武义县属之；同年 9 月改为特区行政督察专员办事处，金华改为第六特区，武义县随同改属。民国 24 年（1935）8 月，省改设 9 个行政督察区，第六特区改为兰溪区，武义县属兰溪区；民国 25 年（1936）兰溪区改为第四行政督察区，武义县属之［专员公署驻兰溪，次年改驻金华，民国 32 年（1943）5 月改驻宣平清修寺］。民国 36 年（1947）10 月撤销第四行政督察区，武义县隶属于驻地在衢县的第五行政督察区。民国 37 年（1948）4月，全省调整为 6 个行政督察区，武义县隶属于专署驻金华的第三行政督察区；同年 8 月全省复调整为 9 个行政督察区，武义县隶属于专署驻义乌的第八行政督察区。

民国末年（1949 年 1 月 1 日至 9月 30 日止） 5 月 9 日武义县解放，时设第一、二、三、四4 个区，辖 12 个乡镇 124 保 1540 甲；5 月 29 日中共领导的浙江省第八行政区成立，武义县隶属之。1950 年6月，武义县重新划建5个区32个乡1个镇。1956年2月，永康县桐琴镇（包括和平、桐三、桐联、上宅、孙宅、姚村6个村）划属武义县；同年3月，全县撤区并乡，划建为13个乡、3个镇。1958 年4月，武义县设 14个乡镇。1958年5月原宣平县建制撤销，有16个乡镇划入武义县，至此全县设2个镇、28个乡，武义县的县名虽继续相沿，但县境面积从原先的 874.23 平方千米拓展到 1577.2 平方千米。1958年10月武义县建置撤销，并入永康县，原武义县称永康县武义片。1961年12月，经国务院批准恢复武义县建置，属金华专区。1968 年4月金华专区改为金华地区，武义县属之。1983 年，政社分设，恢复乡、村两级建制，全县设 6 个区、1个镇、32个乡。1985年5月，金华地区改为金华市，武义县属金华市。1986 年年底，全县设6个区、5个镇（其中区级2个、乡级3个）、29 个乡（其中1个民族乡）。1987 年改履坦乡为履坦镇（乡级）。1992 年5月14日，扩镇并乡后，34个乡镇调整为 23 个乡镇（其中镇6个、民族镇1个、乡16个）。2001 年 9 月，武义县的行政区划调整为3 个街道办事处、8 个镇、7 个乡、2个区。截至 2022年年底，行政区划没有变化。