一、分治前

「臺中縣、市」在鄭氏時代隸屬早期東都承天府天興縣及後來的東寧承天府天興州。康熙 23 年（ 1684 ）清政府將臺灣收入版圖，設臺灣府，隸屬福建省，下轄諸羅、臺灣及鳳山 3 縣，「臺中縣、市」在清領初期 （ 1684~1723 ）隸屬於福建省臺灣府諸羅縣轄域。雍正元年（ 1723 ）清政府在半線（今彰化縣）以北另增彰化縣及淡水廳，自此至同治 13 年（ 1874 ）期間，「臺中縣、市」係屬臺灣府彰化縣及淡水廳轄域。 清國領臺前期對臺灣的治理，著重於臺灣北部和前山（西部），對後山（今花東地區）的治理，視為化外之地而未積極經營，直到清同治 13 年（ 1874 ）牡丹社事件發生，之後又逢清法戰役、法軍攻臺，才加速臺灣的設省改治。清光緒元年（ 1875 ） 臺灣府分設為臺北府及臺灣府，裁淡水廳改設新竹縣，「臺中縣、市」自此至光緒 13 年（ 1887 ）則隸屬臺灣府彰化縣及臺北府新竹縣。
　　
清光緒 7 年（ 1881 ）清日雙方因琉球事件交涉久無結果，清政府恐日本藉故動兵，乃派岑毓英為福建巡撫，以加強臺灣的防務，岑氏巡臺期間，有感臺灣中部防衛之不足，因此派臺灣道劉璈勘察彰化縣附近，並擇定橋孜圖（今臺中市中、東、南區）一帶為省會預定地。到了光緒 11 年（ 1885 ） 9 月慈禧太后詔改福建巡撫為臺灣巡撫，光緒 13 年（ 1887 ）臺灣正式建省，臺灣與福建在光緒 14 年（ 1888 ） 3 月 3 日 正式分治，於臺灣省下設臺灣、臺北、臺南 3 府 及臺東 1 直隸州，下轄 11 縣 4 廳， ?臺中縣、市?分別隸屬於臺灣府苗栗縣（臺中縣大甲鎮屬之）及臺灣縣轄境，直迄光緒 21 年（ 1895 ）臺灣割讓日本殖民統治為止。
　　
臺灣正式建省後， 選擇臺灣府臺灣縣（今臺中市）作為臺灣省的省會，光緒 15 年（ 1889 ）開始建城。然因經費籌措困難，省城工程於光緒 18 年（ 1892 ）停止，光緒 20 年（ 1894 ）省會遷至臺北，臺灣縣作為臺灣省省會的計畫遂於 1892 年中止。
　　
明治 28 年（ 1895 ），日本統治臺灣時，改臺灣府為臺灣縣，以臺灣城為治所；明治 29 年（ 1896 ） 3 月，臺灣總督府恢復實行民政，重新調整行政區域，恢復原來的三縣一廳，分全臺為臺北、臺中、臺南縣及澎湖廳，原臺灣縣改為臺中縣，臺灣城為臺中街，首度稱位於臺北、臺南之間的地區為臺中，「臺中」在行政名稱上正式確立。
　　
明治 34 年（ 1901 ）廢縣置 20 廳，臺中縣分為苗栗、臺中、南投、彰化、斗六 5 廳，臺中廳以臺中街為廳治。明治 42 年（ 1909 ）日本政府復將原來之 20 廳，予以廢合為 12 廳，其中臺中、彰化二廳及苗栗廳之一部合併為臺中廳。
　　
大正 9 年（ 1920 ），實施地方制度改正，將西部之 10 廳予以廢合，新設臺北、新竹、臺中、臺南及高雄 5 州，而東部之臺東及花蓮港 2 廳照舊。原臺中、南投二廳再合併為臺中州，臺中州以下共有 11 郡 1 市（分別為大屯、彰化、大甲、東勢、豐原、員林、北斗、南投、能高、新高、竹山等 11 郡及臺中市），州署設於臺中市，至今仍為臺中市政府所在。其中臺中市與大屯郡的 3 庄為今日臺中市的轄區，而大甲、東勢、豐原郡與大屯郡的 4 庄則為今臺中縣轄區。大正 15 年（ 1926 ），澎湖由高雄州分出，另成立一廳，全臺遂成為 5 州 3 廳。
　　
民國 34 年（ 1945 年） 12 月，全臺行政區域重新劃分， 設臺北、基隆、新竹、臺中、彰化、嘉義、臺南、高雄、屏東等 9 省轄市及草山管理局 1 局，餘劃分為臺北、新竹、臺中、臺南、高雄、臺東、花蓮、澎湖等 8 縣，並將原有「郡」制改為「區」，「街」改為「鎮」，「庄」改為「鄉」，臺中縣、市正式分治。民國 40 年 舉行民選縣市長，楊基先當選首屆臺中市長，而臺中縣則由林鶴年當選首屆臺中縣長 。

二、分治後

（一）、臺中市部分

民國 35 年（ 1946 ）元月 21 日，黃克立就任臺中市長，並將臺中市原有的大正、初音、高砂、明治、大和、若葉、老松、新高、梅枝、楠區 10 區整併為東、西、南、北、中 5 區。
　　
民國 36 年（ 1947 ） 2 月 5 日 ，行政長官公署核定將臺中縣的北屯、西屯、南屯三鄉劃歸臺中市，當日並由大屯區長與臺中市長辦理交接手續。 2 月 10 日，臺中市政府舉辦市區擴大接收典禮，全市擴增為 8 區，總面積為 163.4256 平方公里，以北屯區面積最大，中區面積最小。市轄範圍東以旱溪與臺中縣太平市、新社鄉為界；西以西屯區與臺中縣沙鹿鎮、龍井鄉、大肚鄉為界；南毗臺中縣烏日鄉、大里市為界；北以北屯區與豐原市、潭子鄉、新社鄉為界。

（二）、臺中縣部分

從戰前臺中州到戰後初期的臺中縣，縣署設於員林鎮，為大縣制時期，臺中縣幅員共 7,382 平方公里，轄大屯、大甲、彰化、員林、北斗 ( 以上為一等區 ) 、豐原、東勢、南投 ( 以上為二等區 ) 、新高 ( 嗣於民國 37 年 5 月改為玉山區 ) 、能高、竹山 ( 以上為三等區 ) 等 11 區，共 60 鄉鎮（ 42 鄉、 18 鎮）。接收初期人口總數 1,322,201 人，行政組織則暫依日治時期體制，在縣政府下設區署、鄉鎮公所，於 35 年 1 月間完成。
　　
民國 36 年 2 月 5 日臺中市因轄區過小，都市條件未備，呈准將臺中縣大屯區之西屯、南屯、北屯三鄉併入臺中市行政區域管轄（臺中市轄區由 5 區進而劃分為 8 區）。民國 38 年 3 月增設中峰區，轄原東勢區之和平鄉、玉山區之信義鄉及能高區之仁愛鄉等 3 山地鄉。 民國 39 年 1 月 1 日 將玉山區之集集鎮劃分為集集鎮及水裡鄉。同年 7 月 1 日 ，彰化區之線西鄉劃分為線西及新港二鄉，至此臺中縣轄 12 區，共 59 鄉鎮（ 41 鄉、 18 鎮）
　　
民國 39 年 9 月，省政府公布「臺灣省各縣市行政區域調整實施方案」，將全臺劃分為臺北、基隆、臺中、臺南及高雄等 5 省轄市、陽明山管理局和臺北、宜蘭、桃園、新竹、苗栗、彰化、臺中、南投、臺南、嘉義、雲林、高雄、屏東、臺東、花蓮及澎湖等 16 縣。 民國 39 年 9 月 29 日 為提高鄉鎮職權及利於地方自治，將原四區署裁撤。於同年 10 月 21 日將原「大臺中縣」劃分為臺中、彰化、南投三縣，即劃出彰化、員林、北斗 3 區併同彰化市 ( 原省轄市 ) 為彰化縣；劃出南投、玉山、竹山、能高 4 區及中峰區信義鄉及仁愛鄉併為南投縣；餘豐原、大屯、大甲、東勢 4 區及中峰區和平鄉則併為臺中縣，轄豐原鎮、內埔鄉、神岡鄉、大雅鄉、潭子鄉、東勢鎮、石岡鄉、新社鄉、大里鄉、霧峰鄉、太平鄉、烏日鄉、清水鎮、梧棲鎮、大甲鎮、沙鹿鎮、外埔鄉、大安鄉、龍井鄉、大肚鄉、和平鄉等 21 鄉鎮（ 6 鎮、 15 鄉）， 總面積為 2051.4712 平方公里， 臺中縣縣治由員林鎮遷至豐原鎮。
　　
而後，內埔鄉於民國 42 年 10 月 10 日更名為后里鄉，豐原鎮、大里鄉及太平鄉則分別於 65 年 3 月 1 日 、 82 年 11 月 1 日 及 85 年 8 月 1 日 改制為縣轄市。

三、縣市合併升格直轄市

民國 99 年12 月 25 日 臺中縣市合併，升格為直轄市，下轄29區。