丹波ははじめ「たには」と呼び、古くは田庭・谷端・旦波とも書いた。5世紀ころ四道将軍の遠征により大和朝廷に服属したとされる。
丹波国南部の亀岡盆地は太古は大きな湖であり、風が吹くと美しい丹色の波が立ったところから、このあたりを丹のうみ・丹波と呼ぶようになったとされており、出雲神話で有名な大国主命が亀岡と嵐山の間にある渓谷を切り開いて水を流し土地を干拓して、切り開いた渓谷を妻神「三穂津姫命」の名前にちなみ「保津川・保津峡」と名付けたという伝説も残っており、出雲大神宮（亀岡市千歳町）の祭神となっている。[1]事実、湖だったことを示す地層も明らかになっている[2]。
6世紀ころには「丹波」の名のつく女性が天皇の后となっていることから古代より丹波の名称はあったらしい。7世紀に丹波国が成立したときの領域は、現在の京都府の中部と北部、兵庫県の北部および中部の東辺に及んでいた。この時は現在の丹後、但馬も同国に含まれている。現在では丹波・丹後・但馬を三丹と総称することもある。
年号不明であるが北西部を但馬国、その後、和銅6年（713年）4月3日に北部5郡を丹後国として分離し、後世まで長く続く領域が定まった。
丹波国は大まかに言って亀岡盆地、由良（福知山）盆地、篠山盆地のそれぞれ母川の違う大きな盆地があり、互いの間を山地が隔てている。このため、丹波国は甲斐や尾張、土佐のように一国単位で結束した歴史を持ちにくい性質があり、丹波の歴史を複雑化した。地域性として亀岡・園部の南丹（口丹波）地方は山城・摂津、福知山・綾部の中丹は丹後・但馬、篠山・氷上の兵庫丹波は但馬・摂津・播磨に密接に係わっている。
丹波国は古くより京都の出入口に当たる地理的条件から各時代の権力者から重要視され、播磨や大和などと並んで鎌倉時代の六波羅探題や江戸時代の京都所司代などの支配を受けた。ただそれだけにひとたび都で戦乱が起こった時は戦乱にすぐ巻き込まれた。そして篠村（亀岡市篠町）では、鎌倉時代末期には足利尊氏が挙兵し、安土桃山時代にも丹波亀山城主の明智光秀が本能寺の変へと向う際にそれに倣ったとされるなど、時代変革の舞台ともなった。さほど有名ではないが、戦国時代に八上城の波多野氏は丹波諸豪族をまとめると、これを率いて山城など周辺諸国に進出したこともある。
江戸時代は一国を有する大名は出なかったものの一国7藩（丹波亀山藩、園部藩、綾部藩、山家藩、篠山藩（八上藩）、丹波柏原藩、福知山藩があった。そのうち、丹波亀山藩と篠山藩については松平氏や青山氏を中心として譜代大名による移封が多く、藩主が老中や寺社奉行、京都所司代、大坂城代を歴任するなど徳川幕府の重視する藩であったことがわかる。
明治維新の際、桑田郡山国郷（現在の京都市右京区京北）で勤皇を標榜する山国隊が、桑田郡馬路村（現在の亀岡市馬路町）では弓箭隊が結成され、山陰道鎮撫総督西園寺公望に従って各地を転戦した。このとき、弓箭隊の郷士の息子である中川小十郎（後の立命館大学の創立者）が西園寺と出会うことになる。
廃藩置県後の明治4年（1871年）11月2日の第1次府県統合により、桑田郡、船井郡、何鹿郡は京都府に、天田郡、氷上郡、多紀郡は豊岡県に分けられた。さらに、明治9年（1876年）8月21日の第2次府県統合により豊岡県は廃止され、天田郡が京都府に、氷上郡、多紀郡の二郡が兵庫県に編入されることとなった。その後、昭和33年（1958年）4月1日の市町村合併により、京都府南桑田郡樫田村が大阪府高槻市に、京都府亀岡市西別院村の牧、寺田地区が大阪府豊能郡豊能町に編入されている。
国府は桑田郡にあり、現在の亀岡市千代川遺跡または南丹市八木町屋賀（旧船井郡八木町屋賀）または亀岡市三宅町（国衙との説もある）にあてる説があるが、未だ確定していない。
延喜式神名帳には大社5座4社・小社66座65社の計71座69社が記載されている。大社は全て名神大社で、以下のものである。
桑田郡 出雲神社（現 出雲大神宮、京都府亀岡市）
桑田郡 小川月神社（京都府亀岡市）
船井郡 麻気神社（現 摩気神社、京都府南丹市）
多紀郡 櫛石窓神社二座（兵庫県篠山市）
一宮は出雲神社（出雲大神宮）で、二宮以下は存在しない。総社は京都府船井郡八木町（現南丹市）の宗神社とみられる。
鎌倉幕府
1221年〜1222年 - 北条時房
1232年〜1277年 - 北条時盛
1277年〜1284年 - 北条時国
1306年〜1333年 - 六波羅探題南方兼任
室町幕府
1336年〜1343年 - 仁木頼章
1343年〜1351年 - 山名時氏
1351年〜1352年 - 仁木頼章