春秋战国时期，天长先属吴国，周元王三年（公元前473）越灭吴，属越。越退回江南，复属楚。秦始皇二十六年（公元前221）天长为广陵、东阳二县地，属九江郡。两汉时期，天长为广陵、高邮二县之地，部分境域属江都县。广陵、高邮先后隶属于荆国、吴国、江都国、广陵国、泗水国、广陵郡。三国时期，高邮、江都县废，天长属广陵县，仍隶广陵郡。晋武帝太康元年（公元280）高邮县复立，天长仍为广陵、高邮二县地，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（公元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。唐五德七年（公元624）析地置石梁县，属方州。贞观元年（公元627），石梁县废，其地入六合。

      天长正式置县是唐玄宗天宝元年（公元742）。开元十七年（公元729），为纪念玄宗李隆基生日，将每年的八月五日定为千秋节，并于天宝元年（公元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（公元902），杨行密建立吴国，天长属吴国范围。

      南唐升元元年（公元937），吴亡，天长地方属南唐，设为建武军。南唐保大十五年（公元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（公元958），南唐献江北泗、滁、濠等14州与后周，天长（雄洲）一带在内。

      宋开宝八年（公元975），将雄州改为天长军，兼领天长县，属淮南路扬州。至道二年（公元996）军废，复为县。熙宁五年（公元1072）后，天长隶于淮南东路扬州。建炎元年（公元1127）为天长军。绍兴元年（公元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（公元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（公元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（公元1367）天长属临濠府泗州。

      明设天长县。洪武二年（公元1369）属中书省直隶泗州，洪武四年属临濠府泗州，洪武六年属中立府泗州，洪武七年属凤阳府泗州。

      清设天长县。雍正二年（公元1724）前属凤阳府泗州，雍正三年泗州生为直隶州。泗州在顺治二年（公元1645）后属江南省，康熙六年（公元1667）后属安徽省。

      中华民国设天长县。民国元年（公元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镇成立，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成立天高县，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，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。1993年12月经国务院批准撤县设市。