汉代属益州郡。
蜀汉、西晋属云南郡；东晋属建都郡。
南北朝为爨氏割据区。
隋朝属昆州。
唐初市境大部属览州，北部的吕合一带属化州，皆隶于南宁州都督府；南诏时属弄栋节度，在市境设有曲驿、览赕、石鼓驿等城镇。
宋代大理国前期，为白鹿部（后称石郡）有富筋赕、石鼓赕等建置，隶于云生节度；后期废节度，设威楚府，在市境有白鹿部、石鼓赕、德江城等建置。
元初，市境设有威楚、石鼓2个千户，属威楚万户府辖，其中威楚千户领富民（今鹿城镇）、净乐（今东华镇）2个百户，与威楚万户同驻今鹿城镇，石鼓千户在今吕合镇境；至元八年（1271年）改威楚万户府为威楚路，以威楚千户置威楚县，以富民、净乐2个百户置富民、净乐2县，皆隶于威楚府；至元十五年（1278年）升威楚县为威州，辖富民、净乐2县；至元二十一年（1284年）复降威州为威楚县，并将富民、净乐并入威楚县；以石鼓千户置石鼓县，隶于镇南州，至元二十四年（1287年）革石鼓县为乡。
明洪武十五年（1382年），改威楚县为楚雄县，隶于由元威楚路改设的楚雄府。
清朝，循明制。
民国2年（1913年），裁楚雄府。楚雄县除第八行政督察专员公署所辖外，其他地方由省府直辖。
中华人民共和国成立后，楚雄县属楚雄专区辖；1958年4月楚雄彝族自治州成立，楚雄县为自治州所辖15个县之一；同年9月，曾将双柏、牟定、南华3县并入楚雄县，至1960年，并入的3县先后恢复建制。
1983年9月，经国务院批准撤销楚雄县设立楚雄市。
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