考古发现，6万年前的旧石器时代，永吉地区就有人类活动。周秦时期，永吉地区居住满族的祖先肃慎人。西汉元封三年（前108年）在东北设置玄菟等郡，永吉属玄菟郡上殷台县。西汉到隋、唐时期肃慎人改称挹娄、勿吉、靺鞨。唐初，永吉为粟末靺鞨部辖地；唐宝应元年（762年）永吉属渤海国涑州属地。辽代乾亨四年（982年）到11世纪末时，永吉属辽东京道涑州地。金代承安三年（1199年）至天兴二年（1233年）属咸平路咸平府（今开原老城镇）玉山县（今开原东）地。元代太宗五年（1233年），永吉属开元路咸平府管辖。明初，永吉属奴儿干都司，中期属海西女真乌拉部，后期归属建州女真为后金领地。清代，顺治元年（1644年），永吉属盛京管辖。顺治十年（1653年）至光绪三十三年（1907年），永吉属宁古塔昂邦章京、宁古塔将军、吉林将军辖地。雍正五年（1727年）设永吉州，州治所在吉林城。乾隆十二年（1747年），改永吉州为吉林厅；光绪七年（1882年），吉林厅升为吉林直隶厅，次年又升为吉林府。中华民国2年（1913年）改吉林府为吉林县，中华民国18年（1929年）改吉林县为永吉县，归属中华民国吉林省管辖。省会吉林城未设市政，省城内设区（昌邑、船营、通天、朝阳、德胜、兴隆等），由永吉县管辖。1936年，省城设市政，永吉县始不代管吉林省城区政，但县城仍设在吉林。东北沦陷时期，永吉县直属日伪吉林省政府。1941年，永吉县因为与延吉县的日语语音相近，更名吉林县。1945年东北光复后，恢复永吉县的称谓。

1945年12月，永吉县民主政府接管了县政权，县机关设在吉林市永吉胡同北。1946年2月，县民主政府迁至口前。5月28日，东北民主联军实行战略转移，永吉形成一分为二的局面。一部分由永吉保安团从驻地乌拉街转移到缸窑。 1947年2月，吉北专员公署决定成立永北县，县机关设在缸窑。11月4日移驻乌拉街。驻口前的县机关“五二八”转移到桦甸县南境。10月在蒙江县（今靖宇县）那尔轰成立桦南办事处，属于吉林省吉南专员公署。1947年8月经吉南专员公署批准，在双河镇成立永南县政府。10月，县机关由迁至口前。

1948年3月9日，永吉全境解放，永南县政府迁回吉林市。同年7月15日吉林省政府决定，将永南、永北两县仍合并为永吉县，直属吉林省政府。县机关设在吉林市原址。

1949年中华人民共和国建立后，永吉仍为吉林省直属县。同年1月，进行区划调整，6月省政府决定撤销丰满区，增设大兰旗区，全县设16个区。1952年1月，省政府批复将大兰旗区的腰屯等9个村划归吉林市；3月，将口前区的二道河等5个村、大绥河的张三等4个村及原大兰旗区的南三家子等3个村组建二道河区。1955年6月，省人委批复将江密峰区的夏汉沟、李家、柳树，二道河区的张三，大绥河区的虎牛沟，九站区的九站街、头台子、炮手、二道岭，乌拉街区的九座庙、安达木等11个村（街）划归吉林市。因九站街（村）划归吉林市，九站区政府移驻孤店子区。1958年5月，省人委决定将孤店子乡划归吉林市。9月27日，吉林省人委决定，永吉县隶属于吉林市管辖的吉林行政区。1959年10月，省人委决定将大绥河公社12个管理区，口前公社的三家子管理区和乌拉街公社的三台子、四台子、新立、金刚、金珠、四间、南兰、南岗、兴隆等11个管理区划归吉林市。12月，将五里河公社原旺起乡和口前公社原二道河乡划归吉林市。1963年5月，吉林市将原永吉县的旺起、大绥河两个公社划归永吉县管理。1966年2月，市、地分设，成立永吉专区，永吉县属于永吉专区管辖。1968年7月28日，成立永吉县革命委员会。1969年6月6日市地合并，撤销永吉专区，永吉县隶属于吉林市革命委员会。1970年2月19日，经吉林省革命委员会批准，县机关移驻口前，结束了240多年设治吉林城附郭县的历史。1980年11月，撤销永吉县革命委员会，成立永吉县人民政府，隶属于吉林市人民政府。1992年3月，经国务院批准，旺起镇划归吉林市丰满区管理。2000年1月，经吉林省政府批准，将永吉县江密峰、杨木、缸窑、大口钦、乌拉街、土城子、两家子、桦皮厂、河湾子、太平、搜登站、大绥河等12个乡镇划归吉林市管辖，永吉县行政建制不变，隶属于吉林市人民政府。