秦朝统一中国后，实行郡、县制，潼南分隶巴、蜀二郡。
西汉，汉高帝时，潼南涪江一带属广汉郡广汉县。武帝时，潼南琼江一带属犍为郡。
蜀汉，潼南涪江一带属广汉郡德阳县，琼江一带仍属犍为郡。
西晋，李特据蜀，设德阳郡，领德阳一县。东晋，安帝隆安二年（398年），置遂宁郡（郡治在今重庆市潼南县境原大佛乡下县坝）
，领德阳县。孝武帝时，分德阳县设晋兴县，为潼南境内置县之始。
南北朝，西魏恭帝三年（556年），晋兴县更名始兴县，隶怀化郡。北周，始兴县隶石山郡，领潼南涪江一带；另置安居郡，潼南琼江一带隶安居郡柔刚县。
隋朝，废郡置州，始兴县隶遂州，柔刚县隶普州，另置隆龛镇。文帝开皇十三年（593年），改柔刚县名安居县。文帝开皇十八年（598年），改始兴县名青石县，潼南分隶安居、青石两县。炀帝大业三年（607年），遂州改称遂宁郡，青石县隶之。炀帝大业十二年（616年），升隆龛镇为隆龛县（县治在今重庆市潼南县崇龛镇瓦子堡），辖潼南琼江一带，隶资阳郡。
唐朝，高祖武德元年（618年），改遂宁郡复置遂州，仍领青石县。武德二年（619年），复置普州，隆龛县隶普州。中宗景龙二年（708年），分青石县置遂宁县（县治在今重庆市潼南县原大佛乡下县坝）。玄宗先天元年（712年），改隆龛县名崇龛县。玄宗开元十六年（728年），移县治于东流溪坝。
宋代，宋太祖乾德五年（967年），降崇龛县为镇，并入安居县，隶普州安岳郡。神宗熙宁六年（1703年），青石县并入遂宁县，次年，复置青石县。
元朝，世祖至元十七年（1280年），县治自戴场坝迁巴川镇，戴场坝一带划归遂宁县。至元十九年（1282年），并遂宁、青石二县入小溪县，隶遂宁州。至此，县境不再设县治。
明朝，太祖洪武九年（1376年），降遂宁州为遂宁县，并小溪县入遂宁县，隶潼川州。潼南全境为遂宁辖地。太祖洪武十年（1377年），并蓬溪县入遂宁县。太祖洪武十三年（1380年），复分置蓬溪县。遂、蓬分县，涪江左岸地域属蓬溪，涪江右岸地域留遂宁。
清代，顺治十年（1653年），并遂宁县入蓬溪县，顺治十七年（1660年），复分置遂宁县。雍正十二年（1734年），升潼川州为府，领三台、射洪、盐亭、中江、蓬溪、遂宁、安岳、乐至等八县，直至
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民国元年（1912年），新建东安县，由省直辖。
民国二年废省改道，东安县隶川北道潼川府。
民国三年，川北道改名嘉陵道，东安县更名潼南县。
民国十八年，废道府建制，潼南县由省直辖。
民国二十四年，实行行政督察区制，潼南县隶四川省第十二行政督察区。
中华人民共和国时期，1950年，潼南县隶川北行署遂宁专区。
1952年9月，潼南县隶四川省遂宁专区。
1958年，遂宁专区并入绵阳专区，潼南隶属绵阳专区。
1976年1月，潼南县由绵阳地区改隶江津地区。
1981年，江津地区改名永川地区，潼南隶属永川地区。
1983年4月，永川地区并入重庆市，潼南县亦隶属重庆市。
1997年，潼南隶属重庆直辖市。
2015年6月27日，重庆市潼南区正式挂牌运行。