据《大清一统志》记载：“剑池湖，在龙泉县南五里，周三十亩，相传欧冶子铸剑于此，号为龙渊。唐讳渊，改曰龙泉，宋宣和中改曰剑池湖，邑名本此”。相传古时镇南有一湖称“龙渊”是东海龙王囚禁龙女之地。龙女喷水使洼成湖，湖水历年不沽，灌溉着黄鹤岭之南的万亩良田。邑人为纪念龙女，称此湖为“龙渊”。春秋战国时，铸剑名将欧治子在此湖畔成功地铸就了三把宝剑。剑名按制作先分别为“龙渊”、“泰阿”、“工布”，第一把以“龙渊”湖取名。唐避讳“渊”字，湖名改为“剑池”，剑池之曰“龙泉”。现市名“龙泉”，镇名“龙渊”既涵赞喻龙女施水之情，又融纪念欧治子铸就宝剑之意。
周为扬州之域。春秋时属越国。战国时越亡入楚。秦属闽中郡。西汉属会稽郡回浦县。东汉改回浦县为章安县，建安八年（203）分章安县南部设松阳县，时属松阳县地。三国时属临海郡松阳县。东晋太守元年（323），属扬州永嘉郡松阳县龙渊乡。唐武德三年（620），因避高祖李渊讳，改龙渊乡为龙泉乡。乾元二年（759），分松阳县龙泉乡和遂昌县部分地置龙泉县，治黄鹤镇（今龙渊镇），属括州。
北宋宣和三年（1121），诏天下县镇凡有龙字者皆避，龙泉县改名剑川县。南宋绍兴元年（1131）复名龙泉县。庆元三年（1197），析龙泉县南松源乡及延庆乡部分地置庆元县。明洪武三年（1370）庆元县并入龙泉县，设巡检司于查田；十三年（1380）复置庆元县，巡检司撤。清乾隆二十六年（1761）建县丞署于安仁镇，至光绪十六年（1890）裁撤。宣统三年（1911）十一月廿五日，处州府城光复，成立处州军政分府，龙泉县属之。民国22年（1933）全县分8个镇。廿七年（1938）城区设中正、东升、西平、河南4镇。廿九年（1940）改设东升、西平二镇。
1949年5月13日龙泉县解放。6月5日，龙泉县人民民主政府成立（7月1日起改称县人民政府），属丽水区专员公署。1952年改属温州区专员公署。1958年11月，庆元县并入。1963年复属丽水专员公署。1973年7月，复建庆元县，至1975年8月，龙、庆二县始分署办公。1978年属丽水地区行政公署。1990年12月26日，经国务院批准，撤销龙泉县设立龙泉市（县级）。1991年2月4日，龙泉市挂牌成立，仍属丽水地区行政公署。现由丽水市代管。
1949年7月30日，县人民政府发文废除保甲制，将全县行政区划为5个区1个镇28个乡，设区人民政府；年终统计全县总人口124767人。1953年全国第一次人口普查，全县普查结果总人口139412人。1955年12月8日，县人民政府改称县人民委员会。1956年2月，全县7个区1个镇57人乡合并为4个区1个镇31个乡。合并后，4个区管辖24个乡，县直属7个乡。1958年1月，又恢复城郊、城北、锦旗区，将直属乡分别划归有关区管辖。1958年11月，庆元县并入龙泉县。
1959年3月18日，下放人民公社基本核算单位，确定全县13个大分社，分为74个管理区460个基本核算单位，确立以生产队为基本核算单位。1964年全国第二次人口普查，全县总人口150197人（不计庆元片）。1973年7月，国务院批准恢复庆元县建制；同年8月，龙庆两县正式分开办公。至1975年3月，经省革命委员会批准，庆元界域内的四源乡划归龙泉管辖。1982年全国第三次人口普查，全县总人口243960人。1984年5月，城镇复名城关镇，10月3日更名龙渊镇。
2003年末，全市总面积3059平方千米，总人口27.55万人，辖3个街道、8个镇、8个乡（其中1个民族乡），11个社区、1个居民区、442个行政村。2005年末，龙泉市面积3059平方千米，总人口27.84万人。2006年末，龙泉市辖3个街道、8个镇、7个乡、1个民族乡，11个社区、1个居民区、444个行政村。市政府驻龙渊街道贤良路333号。2008年末，全市总人口28.39万人。2012年末，全市总人口28.86万人。
