เมืองอุทัยธานี มีหลักฐานทางด้านประวัติศาสตร์ของกรมศิลปากรยืนยันไว้ว่าเป็นที่อาศัยของมนุษย์ก่อนประวัติศาสตร์ เมื่อประมาณ 3,000 ปีมาแล้ว โดยพบหลักฐาน ยืนยันในหลายพื้นที่ เช่น โครงกระดูก เครื่องมือหินกระเทาะจากหินกรวด ภาพเขียนสมัยก่อนประวัติศาสตร์บนหน้าผา (เขาปลาร้า) เป็นต้น ในตำนานการตั้งเมืองกล่าวไว้ว่า "ท้าวมหาพรหม" ได้รวบรวมชนชาติไทยมาสร้างบ้านเมืองอยู่ท่ามกลางหมู่บ้านกะเหรี่ยงและหมู่บ้านมอญจึงเรียกว่า "บ้านคู่ไทย" (ปัจจุบัน อยู่ในอำเภอหนองฉาง) ราวสมัยกรุง สุโขทัยเป็นราชธานี ต่อมาบ้านคู่ไทยได้เปลี่ยนเป็น "บ้านอู่ไทย" ตามกลุ่มหรือที่อยู่ของคนไทย มีความเจริญขึ้นเป็นลำดับ ช่วงหนึ่งกระแสน้ำเปลี่ยนทางเดินเป็นเหตุให้กันดาลน้ำ ราษฎร จึงอพยพทิ้งบ้านเรือนทำให้เมืองอู่ไทยเป็นเมืองร้างอยู่ระยะหนึ่ง ต่อมาในสมัยกรุงศรีอยุธยา "พะตะเบิด" ได้นำชาวกระเหรี่ยง เข้ามาตั้งบ้านเรือนอีกครั้งได้แก้ปัญหาการขาดแคลนน้ำโดยการขุดดินทางตอนใต้ของหัวเมืองเป็นแอ่งน้ำขนาดใหญ่จึงเป็นเหตุให้มีคนมาอาศัยอยู่มากมาย และพะตะเบิดผู้นี้ได้รับยกย่องให้เป็นเจ้าเมืองอู่ไทยคนแรกขณะ นั้นเมืองอู่ไทย ธานีมีฐานะเป็นหัวเมืองหน้าด่าน มีนายด่านคอยดูแลด่านอยู่เช่นเดิม พอเข้าต้นสมัยกรุงรัตนโกสินทร์ เป็นราชธานี พระบาทสมเด็จพระพุทธยอดฟ้าจุฬาโลกมหาราช ได้ทรงจัดระเบียบบ้านเมืองใหม่ มีการแต่งตั้งเจ้าเมืองปกครอง ส่วนที่เป็นเมืองด่านก็มีนายด่านดูแลรักษาอยู่เหมือนเดิม ด่านเมืองอุทัยธานี ก็ยังมีนายด่านดูแล และได้แต่งตั้งเจ้าเมืองอู่ไทยธานีขึ้นในเวลาต่อมา ประมาณ พ.ศ. 2376 พระยาเมืองอุทัยธานี (เสือ พยัฆวิเชียร) ได้รับโปรดเกล้าฯ ให้มาดำรงตำแหน่งเจ้าเมืองอุทัยธานี เห็นว่าถ้าตั้งบ้าน เมือง ณ. บ้านสะแกกรัง (ขณะนั้น อยู่ในเขตปกครองของเมืองชัยนาท) ซึ่งเป็นชุมชนที่อุดมสมบูรณ์ การคมนาคมสะดวก เพราะมีแม่น้ำสะแกกรังไหลผ่านก็จะทำให้การว่าราชการ และการเลี้ยงชีพดีขึ้น จึงขอตั้งบ้านเรือนและศาลาว่าการเมืองขึ้นที่บ้านสะแกกรัง ต่อมา พ.ศ. 2391 ได้มีการแบ่งเขตเมืองอุทัยธานี และเมืองชัยนาทใหม่ เนื่องจากเกิดปัญหา เรื่องเงินอากรซึ่งไม่ชำระกัน จึงสอบเขตแดนเพื่อสะดวกในการเก็บการอากร โดยโอนเขตบ้านสะแกกรัง ทางฝั่งคลองฟากใต้ตั้งแต่ท้ายบ้านสะแกกรังไปจดแดนเมืองอุทัยเก่าให้ เป็นของเมืองอุทัยธานี พ.ศ. 2441 เมืองอุทัยธานีขึ้นเป็นมณฑลนครสวรรค์ แต่ในสมัยรัชกาลที่ 6 ได้เปลี่ยนขึ้นกับมณฑลอยุธยา สุดท้ายถูกประกาศ ยกเลิกมณฑลเมื่อปี พ.ศ. 2476 แล้วจัดให้จังหวัด เป็นหน่วยการปกครองส่วนภูมิภาค โดยมีผู้ว่าราชการจังหวัดรับผิดชอบการบริหารราชการ มาจนถึงปัจจุบัน