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 2023年年底,行政区划没有变化。