沅江，又稱沅水，長江流域洞庭湖支流。沅江市以“沅水歸宿之地”而得名。（《太平寰宇記》卷113岳州橋江縣：隋開皇“十八年，改安樂縣為沅江縣，蓋取沅水為名”。——中國地名語源詞典）
早在新石器時代晚期，沅江即有人類繁衍生息。出土文件證明，距今5000年左右，在赤山、漉湖等地，就已形成村落。進入青銅器時代后，在今蓮子塘一帶，聚居村落已趨密集。
東周以前，沅江屬《書·禹貢》所載九州中的荊州管轄。春秋戰國時期,沅江成為了湘楚文化的重要發源地之一。戰國時期為楚國黔中郡屬地。秦屬長沙郡。西漢屬益陽縣，南朝梁武帝（公元522年）置藥山縣為沅江市境置縣之初。隋改為安樂縣，因沅江在縣境注入洞庭湖而改名沅江縣、宋改名為喬江縣。宋乾德元年（963年），復名沅江縣。
民國29年起（1940年），沅江縣屬于第五行政督察區。
1949年湖南各地相繼解放，國民黨政府在湖南的統治宣告結束，各行政督察區的建置隨之瓦解。是年8月，成立新的湖南臨時政府（1950年4月正式成立省人民政府）后，全省設1個省轄市、10個專區。專區設專員公署，為省政府派出機關。沅江縣屬于益陽專區。
1952年11月，益陽專區建置撤銷，沅江縣劃歸常德專區，歷時10年。
新中國成立以后，特別是改革開放以來，縣域經濟迅猛發展，綜合實力顯著增強。
1988年7月，國務院批準撤銷沅江縣，成立沅江市，直屬湖南省政府由益陽地區代管。
1994年3月，國務院批準撤銷益陽地區，設立地級益陽市；7月1日，“益陽市人民代表大會常務委員會”“益陽市人民政府”“中國人民政治協商會議益陽市委員會”正式掛牌。從此標志著地級益陽市的成立。全市轄3縣（南縣、桃江、安化）、1市（沅江市）、2區（赫山、資陽）、5大國營農場（大通湖、北洲子、金盆、千山紅、茶盤洲）和大通湖漁場。
2000年12月18日，茶盤洲國營農場撤銷，改茶盤洲鎮劃歸沅江市管轄。
2004年，沅江市轄5個街道辦事處（慶云山街道辦事處、山巷口街道辦事處、凌云塔街道辦事處、團山街道辦事處、馬公鋪街道辦事處）、11鎮（三眼塘鎮、新灣鎮、南嘴鎮、草尾鎮、陽羅洲鎮、四季紅鎮、黃茅洲鎮、南大膳鎮、共華鎮、泗湖山鎮、茶盤洲鎮）、10鄉（萬子湖鄉、竹蓮鄉、大同鄉、熙和鄉、七子浹鄉、志成鄉、北大鄉、雙豐鄉、新華鄉、白沙鄉）、1個農場（凈下洲農場）、4個蘆葦場（漉湖蘆葦場、東南湖蘆葦場、萬子湖蘆葦場、魯馬湖蘆葦場），總人口74.46萬人。
2005年，沅江市原轄的27個鄉、鎮、場、街道辦事處調整為14個：雙豐鄉、北大鄉、南大膳鎮合并設立南大膳鎮（鎮人民政府駐南大膳）；志成鄉、黃茅洲鎮合并設立黃茅洲鎮（鎮人民政府駐塞波嘴）；熙和鄉、大同鄉與草尾鎮合并設立草尾鎮（鎮人民政府駐再附垸）；七子浹鄉與陽羅洲鎮合并設立陽羅洲鎮（鎮人民政府駐陽羅洲）；將凈下洲農場并入泗湖山鎮；白沙鄉、新華鄉、共華鎮合并設立共華鎮（鎮人民政府駐黃土包）；竹蓮鄉、三眼塘鎮合并設立三眼塘鎮（鎮人民政府駐洋海村）；山巷口、馬公鋪和團山3個街道辦事處合并設立瓊湖街道辦事處（辦事處機關駐腰塘基）；慶云山和凌云塔2個街道辦事處合并設立慶云山街道辦事處（辦事處機關駐衙門口）。茶盤洲鎮、新灣鎮、南嘴鎮、四季紅鎮、萬子湖鄉行政區域維持現狀不變。撤并萬子湖蘆葦場、魯馬湖蘆葦場、東南湖蘆葦場，設立南洞庭蘆葦場。場部駐原東南湖蘆葦場駐地；漉湖蘆葦場維持現狀不變。鄉鎮行政區劃調整后，沅江市共轄11個鎮、1個鄉、2個街道辦事處、2個蘆葦場。
2015年11月26日，省民政廳（湘民行發92號）批復同意：撤銷萬子湖鄉、三眼塘鎮和慶云山、瓊湖2個街道設立瓊湖、胭脂湖2個街道。調整后，全市轄2個街道、10個鎮、2個蘆葦場：瓊湖街道、胭脂湖街道、南大膳鎮、黃茅洲鎮、四季紅鎮、陽羅洲鎮、草尾鎮、泗湖山鎮、共華鎮、南嘴鎮、新灣鎮、茶盤洲鎮、漉湖蘆葦場、南洞庭蘆葦場。
2020年12月14日，益陽市委編辦（益編辦發【2020】80號）文件批復同意，撤銷沅江市管企業南洞庭蘆葦場、漉湖蘆葦場，設立沅江市南洞庭濕地保護與發展事務中心與沅江市漉湖濕地保護與發展事務中心。調整后，全市轄2個街道、10個鎮、2個中心：瓊湖街道、胭脂湖街道、南大膳鎮、黃茅洲鎮、四季紅鎮、陽羅洲鎮、草尾鎮、泗湖山鎮、共華鎮、南嘴鎮、新灣鎮、茶盤洲鎮、南洞庭濕地保護與發展事務中心、漉湖濕地保護與發展事務中心。