春秋战国时期，本地先属吴国，周元王三年(前473)越灭吴，属越。越退回江南，复属楚。秦始皇二十六年(前221)本地为广陵、东阳二县地，属九江郡。两汉时期，本地为广陵、高邮两县之地，部分境域属江都县。广陵、高邮先后隶于荆国、吴国、江都国、广陵国、泗水国、广陵郡。三国时期，高邮、江都县废，本地属广陵县，仍隶广陵郡。晋武帝太康元年(280)高邮县复立，本地仍为广陵、高邮两县地，隶广陵郡。南北朝时期，境内出现侨置郡县。宋孝武帝大明五年(461)于石梁侨置沛郡(即南沛郡)及沛县。萧梁时期，沛郡、沛县废，于石梁侨置泾州，领泾城(治石梁)、东阳二郡。侯景篡梁时一度改泾州为淮州。陈废泾州并泾城、东阳二郡，仍于石梁侨置沛郡，领沛县、横山县，隶徐州。北周时期，改沛郡为石梁郡，改沛县为石梁县。除属沛郡及沛县、泾州及泾城外，南北朝时期本地部分境域仍属高邮。
隋文帝开皇初，石梁郡废。隋炀帝大业年间，将石梁县改为永福县。永福县废后，其地归六合。唐武德七年(624)析地置石梁县，属方州。贞观元年(627)，石梁县废，其地人六合。
天长正式置县是唐玄宗天宝元年(742)。开元十七年(729)，为纪念玄宗李隆基的生日，将每年的八月五日定为千秋节，并于天宝元年(742)“割江都、六合、高邮三县地置千秋县”。天宝七年，改千秋节为天长节，千秋县随之易名天长县，属淮南道扬州。天长县的规模自此确定后，历朝无大变化。唐天复二年(902)，杨行密建立吴国，天长属吴国范围。
南唐升元元年(937)，吴亡，天长地方属南唐，设为建武军。南唐保大十五年(957)，割六合、天长置雄州。未几，以六合还隶扬州，以天长为雄州。后周显德五年(958)，南唐献江北泗、滁、濠等14州予后周，天长(雄州)一带在内。
宋开宝八年(975)，将雄州改为天长军，兼领天长县，属淮南路扬州。至道二年(996)军废，复为县。熙宁五年(1072)后，天长隶于淮南东路扬州。建炎元年(1127)为天长军。绍兴元年(1131)降为县，绍兴十一年复升为军，次年仍为天长县，改属招信军，属淮南东路。后入金，绍定四年(1231)为南宋收复，仍属淮南东路招信军。
元设天长县。至元十四年(1277)属招信路，次年属临淮府，至元二十年属淮安路临淮府，至元二十七年临淮府废，改属淮安路泗州。元至正二十七年(1367)天长属临濠府泗州。
明设天长县。洪武二年(1369)属中书省直隶泗州，洪武四年属临濠府泗州，洪武六年属中立府泅州，洪武七年属凤阳府泗州。
清设天长县。雍正二年(1724)前属凤阳府泗州，雍正三年泗州升为直隶州。泗州在顺治二年(1645)后属江南省，康熙六年(1667)后属安徽省。
中华民国设天长县。民国元年(1912)4月废泗州，民国3年6月划天长县属安徽省淮泗道，民国17年8月废道，天长县直隶安徽省。民国21年划属安徽省第五行政督察区。民国30年划属安徽省第九行政督察区，民国33年由第五行政督察区代管。
民国27年12月天长县城被日军占领，民国29年4月天长县抗日民主政府在铜城成立，属皖东津浦路东各县人民抗敌联防委员会办事处。民国32年2月，天长县与高邮县合并设立天高办事处，民国33年9月天高办事处分为天长、高邮两县，民国34年4月又合并为天高县，民国34年11月再度分设。其间天长(天高)县均属淮南苏皖边区津浦路东专员公署(民国34年11月改称华中苏皖边区第三行政区专员公署)。
抗日战争胜利后，为纪念新四军副军长罗炳辉将军建立淮南抗日根据地的功绩，苏皖边区政府于民国35年6月29日将天长县改为炳辉县。同年7月，国民党军队占领县城，仍称天长县。
民国36年，共产党领导下的天长县政府恢复，民国37年4月与高邮合并为天高县政府，12月18日又改称炳辉县，隶属江淮一分区专员公署。民国38年1月天长解放，原高宝县所属地域从炳辉县中划出，4月炳辉县划属皖北第一区专员公署(6月改属皖北区滁县专员公署)。

1949年10月1日中华人民共和国成立后，仍为炳辉县，属皖北区滁县分区专员公署，1952年4月12日属安徽省滁县专区，1956年1月12日属安徽省蚌埠专区。1959年12月5日，国务院决定改炳辉县为天长县，次年1月5日，本县改称天长县，1961年3月复属安徽省滁县专区。1971年3月29日属安徽省滁县地区。