绵阳历史悠久，是我国早期人类活动地区之一，早在两万年前，平通河谷就有人类活动。北川猿王洞附近的烟云洞，发现6000～10000年前更新世晚期的智人门齿化石；边堆山遗址出土4500～5000年前新石器时代的石器和陶器。

绵阳市境历史上最早的县以上政区为汉高祖六年（前201）建置的广汉郡。广汉郡治在梓潼乘乡，辖县中，涪县（治今绵阳市区）、梓潼县（治今梓潼县城）、郪县（治今三台县郪江镇）、刚氐道（治今平武县古城镇）位于今绵阳市境内。汉献帝建安二十二年（217），分广汉郡北部地区设立梓潼郡，治地梓潼县城，后迁治涪县。蜀汉后主建兴三年（225），分广汉郡东部地区设立东广汉郡，治地郪县城，即今三台县郪江镇。

自两晋至南北朝300多年间，由于战争频繁，境域分合不定，绵阳市境政区建置变更较大。隋朝统一后，绵阳市境政区建置趋于稳定，隋开皇五年（585），设绵州，基本形成中部以市区为治地的绵州——直隶绵州，东南部以三台县城为治地的梓州——潼川府，西北部以平武、江油两县为中心的龙州——龙安府3个政区建置中心。此外，从南宋末年起，在今平武、北川、江油境内还存有土司制，其中，平武土司制一直保持到中华人民共和国建立初期。郡县制与土司制并存长达700余年。

民国2年（1913），裁撤绵州，以州治建绵阳县，存续1300余年的绵州退出历史舞台。民国24年，以绵阳市区为治地建立四川省第十三行政督察区。

中华人民共和国建立后，1950年，成立绵阳专署，1952年建立绵阳专区。1968年更名为绵阳地区。1985年，绵阳地区撤销，分别建立地级绵阳市、遂宁市、广元市，绵阳市辖７县１区。2021年，绵阳市辖3区1市5县，即涪城区、游仙区、安州区、江油市、三台县、梓潼县、盐亭县、北川县、平武县，代管省政府科学城办事处。

绵阳市标准地图政区简图版（点击图片可放大）