商周時期，沂蒙境內出現了十幾個小國，其中文明昌盛、影響較大的有費、郯、莒等國。其中
鄅（yu，三聲）國建都於今臨沂城北鄅古城村，是臨沂城市的雛形。春秋魯隱公七年（公元前716年）建中邱邑（今蘭山區白沙埠鎮諸葛城村）。
春秋魯桓公五年（公元前689年）建祝丘城（今河東區湯河鎮故縣村）
春秋魯哀公三年（公元前492年），建啟陽邑（今蘭山區南坊鎮戴城子村），即為臨沂古城建造之始。
西漢初年置啟陽縣，治啟陽邑，後來為避漢景帝劉啟諱而改稱開陽縣，屬東海郡。
西漢元封五年（公元前106年）置臨沂縣，治中邱城，因城東臨沂水而得名。
西漢初年置即丘縣，治祝丘城。
東漢建初五年（80年），琅琊王劉京移國都至開陽縣。
建安二十一年（216)，曹操殺琅琊王劉熙，國除為郡，開陽縣為琅琊郡治。
三國魏開陽縣仍為琅琊郡治，琅琊郡領開陽、臨沂、即丘、陽都、繒、華、費、安丘、劇9縣。
東晉時期，相繼佔據過山東的後趙、前燕、後燕、南燕、前秦、冉魏等國，先後在原琅琊國的區治內建立了琅琊郡，治所大都在開陽，轄區範圍大體與原琅琊國相仿。
南朝宋義熙年間，劉裕北伐，收復徐州，在彭城置北徐州，領12郡，琅琊郡包括在其中，轄有即丘、臨沂和費3縣，琅琊郡得以恢復。
北魏由宋手中奪得此地，琅琊郡移治即丘，領即丘、武陽、費、新泰四縣，屬北徐州；臨沂縣改屬郯郡。
東魏，北徐州徙治即丘縣。
北齊，臨沂縣併入即丘縣。
北周廢琅琊郡。
周武帝宣政元年(公元578年)改北徐州置沂州，沂州治下同時置琅琊郡，同治即丘，領有即丘、費、武陽和新泰四縣。
隋文帝對全國的州郡縣進行整編和並改，改州郡縣三級製為州縣兩級制。
開皇三年（583）廢琅琊郡，屬縣直屬沂州。
隋開皇十六年(596年)，分即丘縣復設臨沂縣，沂州移治臨沂縣。
大業元年（605年），開陽縣、即丘縣併入臨沂縣，翌年，臨沂縣徙治原開陽縣城（臨沂古城）。
大業三年（607），隋煬帝將州縣兩級制改為郡縣兩級制，改沂州為琅琊郡，仍治臨沂縣。共轄7縣：臨沂、費、顓臾、沂水、東安、莒、新泰。
唐武德四年（621）復為沂州，仍治臨沂，領臨沂、費、顓臾三縣，屬河南道。
天寶元年（742）復為琅琊郡。轄5縣：臨沂、費、沂水、承、？。
乾元元年（758），復改稱沂州。
宋代在州下加郡號，稱沂州琅琊郡（非地方行政區劃），均治臨沂縣。
明洪武元年（1368）撤臨沂縣入州，沂州指揮周德首次主持破土城築磚城。
清雍正十二年（1734年）升沂州為府， 置附郭蘭山縣，降莒州為散州，屬沂州府。 有蘭山、郯城、費縣、沂水、蒙陰、日照、莒州6縣1散州。
1913年撤銷沂州府，改莒州為莒縣。沂州府原轄各縣除日照縣劃歸膠東道外，其餘6縣均劃歸岱南道。
1914年，岱南道改稱為濟寧道，改蘭山縣為臨沂縣。
1945年9月11日，臨沂縣城第一次解放。
1948年10月10日，臨沂縣城再度解放，為山東省魯中南行政區及其所轄濱海專區駐地。
1950年5月，魯中南行政區撤銷。以沂蒙專區為基礎，成立沂水專區，轄沂水、日照、蒙陰、莒南、蒙山、沂源、莒沂、莒縣、沂南9縣；以濱海專區為基礎，成立臨沂專區，轄臨沂、郯城、蘭陵、費縣、蒼山、臨沭、邳縣、贛榆8縣及新海連市。將原新海連市和東海縣轄區合併設立新海縣；原趙縣轄區併入蒼山縣；竹庭縣更名為贛榆縣，
1950年11月，新海縣更名新海連市（縣級），由臨沂專區領導。
1951年6月，恢復原東海縣，費縣機關駐地由埠下遷至城關鎮。
1952年3月，撤銷蒙山縣，將其轄區分別併入平邑、費縣兩縣；
1952年4月，撤銷銅山縣，部分劃入蘭陵縣。
1952年11月將原屬臨沂專區的贛榆、東海、邳縣、新海連市劃歸江蘇省。
1953年7月，沂水專區撤銷，除日照縣劃歸膠州專區外，所轄其餘各縣皆劃歸臨沂專區，同時，原屬滕縣專區的平邑縣併入臨沂專區。撤銷莒沂縣，轄區分別劃歸沂水、莒縣、沂源3個縣；撤銷蘭陵縣，分別併入江蘇省、嶧縣、蒼山縣；
1953年8月，山東省的日照、臨沭、郯城、蘭陵、嶧縣、臨沂、單縣、魚臺8縣與江蘇省的贛榆、東海、邳縣、新沂、銅山、碭山、沛縣7縣毗鄰區的部分村莊進行了調整。
1954年3月，江蘇省贛榆縣的汾水嶺、小張莊2村劃歸山東省日照縣管轄；山東省郯城縣的黑豆澗、前城、後城、王家、肖家、黃家圈、社子7個村劃給江蘇省東海縣。
1956年2月，撤銷膠州專區，所屬日照縣劃歸臨沂專區。
1956年3月，撤銷臨沭縣，分別劃入莒南縣，郯城縣，臨沂縣；
1958年12月，撤銷臨沂縣，設立臨沂市（縣級）；撤銷沂南縣，其轄區分別劃入沂水縣、蒙陰縣、莒縣和臨沂市；
1961年7月，恢復沂南、臨沭4縣1958年原建制。
1963年3月，撤銷臨沂市（縣級），復為臨沂縣。
1967年2月，臨沂專區更名為臨沂地區。
1983年，撤銷臨沂縣，再置為臨沂市（縣級）。
1985年3月，撤銷日照縣，設立日照市（縣級）；
1985年9月，將沂南縣重山、北河東、圈裡、潘家溝、賈家莊、葛曲6個自然村劃入蒙陰縣。
1989年6月12日，日照市升格為地級市。
1989年12月2日，沂源縣劃歸淄博市管轄。
1992年1月，莒縣劃歸為日照市管轄。
1994年12月，撤銷臨沂地區和縣級臨沂市，設立地級臨沂市，原縣級臨沂市分為蘭山、河東、羅莊3個市轄區。地級臨沂市轄蘭山、羅莊、河東3區和郯城、蒼山、莒南、沂水、沂南、平邑、費縣、蒙陰、臨沭9縣。
2011年1月，完成費縣方城鎮9個行政村和汪溝鎮等5個行政村劃歸薛莊鎮管轄後，將費縣新橋鎮、方城鎮、汪溝鎮整建制劃歸蘭山區管轄；將郯城縣黃山鎮、褚墩鎮整建制劃歸羅莊區管轄；將沂南縣葛溝鎮整建制劃歸河東區管轄。
2011年11月，將臨沭縣南古鎮8個行政村、曹莊鎮5個行政村劃歸河東區梅家埠街道管轄。
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