春秋时为北狄牧地，名白羊地。战国时属赵国，置武州塞。
秦代属雁门郡。汉代始设县，改为武州县。
晋永嘉四年（310）归代国。
北魏时隶桓州（今大同），为京都平城畿内之地。北周时地属北朔州。
隋开皇元年（581）统一中国后，改诸州为郡，地属马邑郡云内县。
唐贞观十四年（640）于故云内县置定襄县，兼云州治，地属云州定襄县。
五代时属后唐，隶河东道。清泰三年（936）叛将河东节度使石敬瑭将燕云16州割让契丹，地属辽。
元朝属中书省河东山西道大同路。
明永乐元年（1403）置大同左卫。
清雍正三年（1725）九月，以北西路九堡并入，改称左云县。
民国十六年（1927）废道后，直属山西省。
抗战时期，先后组建大怀左、左右凉、大丰凉左联合抗日县政府，隶晋绥边区第十一行政专员公署。
1940年，联合县撤消，复左云县建制，属晋西区第十一专署。
1945年9月左云县解放，属晋绥五专署。
1949年10月，划归察哈尔省雁北专署。
1952年11月察哈尔省撤销，属山西省雁北专区。
1993年雁北地区与大同市合并，左云县隶属于大同市。