郯城建置始于春秋時期的炎國，其建成于公元前十一世紀。
戰國時期，公元前418年（周威烈王八年）郯國被越國滅亡，納入越國統治。
公元前355年（周顯王十四年），楚國攻滅越國，此地又歸楚。
秦朝，郯先后作為薛郡和東海郡的治所。楚漢之際短暫稱為郯郡，轄境北近臨沂，南至長江以北的揚州、泰州，東瀕東海，西南到洪澤湖一帶，是秦末增設十郡之一。
漢承秦制，郯為縣、郡和徐州刺史治所。
王莽改制，東海郡改為沂平郡。
魏晉南北朝，郯城縣建置更趨復雜。先是三國魏黃初年間，東海郡稱東海國。晉初，復稱東海郡，下轄郯縣。晉惠帝時，又改稱東海國。
隋朝，改郡為州。開皇初，郯郡廢，郯縣隸泗州。大業年間，又改州為郡，泗州改稱下邳郡，郯縣隸下邳。
唐朝，武德年間，施行州縣，郯縣隸泗州。貞觀年間，省入下邳，稱郯城鄉。從此“郯城”開始作為政區名。元和年間復置縣時，以鄉名為縣名，稱郯城縣。而后又省入臨沂縣，仍稱郯城，屬河南道沂州。
五代十國、宋、金直至元前期，未復縣，縣原治所稱郯城。元末，郯城縣復置。
明朝，郯城縣隸山東布政司兗州府沂州。
清朝，1724年（雍正二年），劃歸直隸州。1734年（雍正十二年），升沂州為府，郯城縣隸沂州府。
民國時期，1913年，裁府置道，郯城縣隸屬濟寧道。1925年，郯城縣隸屬瑯琊道1928年，道廢，郯城縣直屬山東省政府。1936年，郯城縣隸屬山東省第三區行政督察專員公署。
抗日戰爭時期，1938年春，日本軍占領郯城。1939年11月，八路軍一一五師解放馬頭鎮。1940年1月，又占領郯城，郯城縣抗日民主政府成立，隸屬魯南行政專員公署。10月底，郯城復為日軍占領。1941年2月，由于形勢變化，縣政府撤銷。1942年4月，馬陵辦事處建立，隸屬濱海專署。1943年，馬陵辦事處改稱郯城縣人民政府。10月，縣政府隸屬濱海專署二行署。1945年4月，郯城縣人民政府隸屬濱海行署二專署。
中華人民共和國時期，1948年11月8日，隸屬魯中南行署第六專署。1950年5月隸屬臨沂專區公署。1956年1月，郯城縣人民政府改稱郯城縣人民委員會。1968年2月，改稱郯城縣革命委員會。1981年6月，復名郯城縣人民政府，隸屬臨沂地區行政公署。
1994年12月至今，隸屬山東省臨沂市。
1994年11月10日，撤銷楊集鄉、黃山鄉，設立楊集鎮、黃山鎮。
1995年12月18日，撤銷高峰頭鄉、廟山鄉，設立高峰頭鎮、廟山鎮。
1996年7月3日，撤銷港上鄉、沙墩鄉，設立港上鎮、沙墩鎮。
1997年6月4日，司家鄉更名為清泉鄉。
2000年，郯城縣轄11個鎮、11個鄉。12月29日，撤銷十里鄉、歸義鄉，將其并入郯城鎮；撤銷大尚莊鄉，將其行政區域并入紅花鄉；撤銷清泉鄉，將其并入泉源鄉；撤銷高冊鄉，將其并入馬頭鎮。即郯城縣由11個鎮、11個鄉調整為11個鎮、6個鄉：郯城鎮（歸義鄉、十里鄉）、馬頭鎮（高冊鄉）、重坊鎮、李莊鎮、褚墩鎮、楊集鎮、高峰頭鎮、廟山鎮、黃山鎮、港上鎮、沙墩鎮、勝利鄉、新村鄉、花園鄉、紅花鄉（大尚莊鄉）、泉源鄉（清泉鄉）、歸昌鄉。（括號內的為被撤并的鄉鎮）
2011年3月，原轄褚墩鎮、黃山鎮劃歸臨沂市羅莊區管轄；8月，撤銷李莊鎮、沙墩鎮，合并成立新的李莊鎮；撤銷新村鄉，設立新村銀杏產業開發區。
2020年7月，經山東省政府批復，現撤銷郯城縣花園鄉、泉源鄉，以其原行政區域設立花園鎮、泉源鎮，鎮政府駐原鄉政府駐地。
截至2023年，郯城縣下轄1個街道辦事處、11個鎮、1個鄉，2個開發區：
郯城街道、?馬頭鎮、?重坊鎮、?李莊鎮、?楊集鎮、?港上鎮、?高峰頭鎮、?廟山鎮、?紅花鎮、?勝利鎮、?花園鎮、?泉源鎮和歸昌鄉，郯城經濟開發區和新村銀杏產業開發區。
郯城縣地處魯中南低山丘陵南部、郯蒼平原腹心地帶，沂河、沭河穿境。地勢北高南低，東高西低，海拔最高184米，最低26米。郯城縣地處郯廬斷裂帶中的沂沭斷裂帶，1668年7月25日曾經發生震級為Ms8.5的郯城大地震，造成約43,000至50,000人喪生。
因其特殊的地質，有著較好的成礦條件，礦產資源豐富。礦產資源種類主要有鐵礦、煤、金剛石、重晶石、螢石。金剛石為境內代表礦種之一。截至2020年底，中國已發現的四顆特大金剛石中，有二顆出自郯城縣境內。
郯城縣屬暖溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫13.9℃，平均降水量867.7mm。
截至2023年末，郯城縣常住人口104.1萬人，比去年增加1482人，城鎮人口35萬人，鄉村人口69.1萬人。
205國道、 310國道、 京滬高速、膠新鐵路過境。京滬高鐵二線正在修建中。
距離臨沂啟陽國際機場50千米，連云港花果山機場80千米，徐州觀音國際機場110千米。
有沂蒙煎餅、吊爐朝牌、糝等特色小吃。
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