漢時，騰沖屬於乘象國“滇越”，依據是《史記·大宛列傳》、《史記·西南夷列傳》，“滇越”國中之“越”字乃騰越壹名中“越”字之最早見於史書者。
三國時，騰沖屬盤越國。國名來源於《三國誌·魏書》，“盤越國亦名漢越，王在天竺之東南數千裏，與益都（益州郡）相近。” 隋唐時，騰沖屬藤越國。騰沖壹名始於《舊唐書》、《新唐書》，亦作“藤沖”、“藤充”，騰沖屬於騰越大地的核心地帶。“騰越”，亦作“藤越”，亦首見於唐時。
南詔時有藤越國。按南詔行政區劃，藤越國為南詔屬國，在永昌節度轄下。現在騰沖縣地域內有“湯浪”、“藤彎”、“越禮城”、“越賧”、“申賧”，“騰沖”亦作“藤沖”、“藤充” 等初次出現於樊綽所著的《雲南誌》壹書，均為並列地名。
宋時，大理國設立騰沖府。大理國初期，沿襲南詔建制。至太中國時（高相國專權時期），將永昌節度所轄地域分為兩片，在怒江以東設立永昌府，在怒江以西設立騰沖府，由其子孫高泰賢、高泰運分別治理。“藤越國”至此不再存在。
元時，有藤越州、騰越縣、騰越府，甚至也曾被蔑稱為“軟化府”。元憲宗三年，高泰運之後世高救內附於元朝。元朝在騰越大地上分別設立過藤越州、藤越縣、騰越府（騰沖府）。元人把騰沖視作軍事重地，懼大理國時“騰沖府”壹名中“騰沖”二字力度太大，便蔑稱之為“軟化府”。
明時，騰沖軍民指揮使司管轄到西雙版納、老撾。《明史·地理誌》：“騰越州，元騰沖府，洪武十五年三月屬布政司，尋廢（麓川軍占據）。永樂元年九月置騰沖守禦千戶所，……正統十年三月升為騰沖軍民指揮使司，嘉靖三年十月置騰越州，……十年十二月罷司（軍民指揮使司）為騰沖衛。”轄地包括“三宣”、“六慰”之地，“三宣”即幹崖宣撫司、隴川宣撫司、南甸宣撫司；“六慰”即木邦宣慰司、緬甸宣慰司、車裏宣慰司、八百大甸宣慰司、老撾宣慰司、孟養宣慰司。
清時設騰越衛、騰越州、騰越廳。清朝初期，置騰越衛；康熙二十六年（公元1687年）改騰越衛為騰越州；嘉慶二十五年（公元1820年）升為直隸廳（設騰越直隸同知，屬迤西道）；道光二年（公元1822年）降為廳（騰越廳）。騰越廳領七土司，即南甸、幹崖、盞達、隴川、猛卯、戶撒、臘撒。
民國以後設騰沖縣。1911年10月27日，張文光、劉輔國等發動騰越起義，打響雲南辛亥革命第壹槍。民國元年（1912年）在騰沖設騰沖府。民國二年（1913年）改設騰沖縣。
民國三十壹年（1942年），日軍侵占騰沖，在滇西設騰越省和騰沖縣。民國三十三年（1944年）9月14日，中國遠征軍光復騰沖。騰沖是抗日戰爭以來中國部隊收復的第壹個有日軍駐守的城鎮。
1949年12月15日，邊縱七支隊三十六團進駐騰沖，23日成立騰沖縣臨時人民解放委員會。1950年2月21日，成立騰沖縣人民政府，屬保山專區。1956年4月，騰沖縣隨保山專區並入德宏自治州。1963年8月，騰沖縣隨保山專區從德宏州內分出。1971年1月1日，保山專區改為保山地區，騰沖縣屬保山地區。保山地區改為保山市後，騰沖縣屬保山市。
2015年8月4日，撤銷騰沖縣，設立縣級騰沖市，騰沖市由雲南省直轄，保山市代管。