Vào thời Hùng Vương thuộc bộ Việt Thường. Theo sử sách, huyện Vĩnh Linh được hình thành từ năm 1069 dưới thời Lý Thánh Tông, lúc đầu có tên gọi là Ma Linh, sau đổi tên là Minh Linh, đến năm 1885 (đời Hàm Nghi) đổi tên thành Chiêu Linh.[6]
Ngày 1 tháng 8 năm 1994, thành lập thị trấn Bến Quan trên cơ sở một phần diện tích và dân số của xã Vĩnh Khê, đồng thời đổi lại tên thị trấn Vĩnh Linh thành thị trấn Hồ Xá.
Ngày 1 tháng 10 năm 2004, đảo Cồn Cỏ thuộc xã Vĩnh Quang được tách ra thành lập huyện đảo Cồn Cỏ.
Ngày 24 tháng 8 năm 2009, thành lập thị trấn Cửa Tùng trên cơ sở toàn bộ diện tích và dân số của xã Vĩnh Quang và một phần diện tích và dân số của xã Vĩnh Thạch.
Ngày 17 tháng 12 năm 2019, Ủy ban Thường vụ Quốc hội ban hành Nghị quyết 832/NQ-UBTVQH14 về việc sắp xếp các đơn vị hành chính cấp xã thuộc tỉnh Quảng Trị (nghị quyết có hiệu lực từ ngày 1 tháng 1 năm 2020)[8]. Theo đó:
Sáp nhập xã Vĩnh Trung và xã Vĩnh Nam thành xã Trung Nam
Sáp nhập xã Vĩnh Thạch và xã Vĩnh Kim thành xã Kim Thạch
Sáp nhập xã Vĩnh Hiền và xã Vĩnh Thành thành xã Hiền Thành
Sáp nhập xã Vĩnh Tân vào thị trấn Cửa Tùng.
Huyện Vĩnh Linh có 3 thị trấn và 15 xã như hiện nay.
^Thông tư 06/2014/TT-BTNMT ngày 12/02/2014 của Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành Danh mục địa danh dân cư... lập bản đồ phần đất liền tỉnh Quảng Trị. Thuvien Phapluat Online, 2016. Truy cập 22/09/2019.