云南聚优阁元初分属威楚万户、罗婺万户和大理下万户，后改设路、府、州、县，分属中庆路、威楚开南路、武定路和大理路。
明代分属云南府、楚雄府、姚安军民府和武定府。
清代分属云南府、武定直隶州、楚雄府。
民国年间，裁府、州，设道、县，设楚雄、双柏、广通、盐兴、牟定、镇南、姚安、盐丰、大姚、永仁、元谋、武定、罗次、禄丰共15个县。
1953年，两专区合并为楚雄专区，设楚雄、镇南、牟定、姚安、大姚、盐丰、永仁、元谋、武定、罗次、禄丰、广通、盐兴、双柏、禄劝、富民、安宁17县。
1954年改镇南县为南华县。
1957年划安宁县归昆明市。
1958年4月15日，楚雄彝族自治州正式成立。建州前夕并盐兴县入广通县。同年又合并楚雄、南华、牟定、双柏4县为楚雄县，合并姚安、大姚、盐丰、永仁4县为大姚县，合并罗次、禄丰、广通3县为禄丰县，合并武定、元谋2县为武定县，划富民县归昆明市。
1959～1961年间，先后恢复永仁、姚安、南华、双柏、牟定、元谋6县。
1983年9月改楚雄县为楚雄市，10月划禄劝县归昆明市。至此，楚雄州形成设楚雄市和双柏、牟定、南华、姚安、大姚、永仁、元谋、武定、禄丰共9县1市的格局。
全州设9县1市（楚雄市、双柏县、牟定县、南华县、姚安县、大姚县、永仁县、元谋县、武定县、禄丰县），103个乡镇，其中：镇65个，乡38个（其中：民族乡4个），1100个村民委员会和社区居民委员会（其中：966个村民委员会，134个社区居民委员会）。
楚雄彝族自治州境地势大致由西北向东南倾斜，东西最大横距175公里，南北最大纵距247.5公里。境内多山，山地面积占总面积的90%以上，其间山峦叠嶂，诸峰环拱，谷地错落，溪河纵横，素有“九分山水一分坝”之称。乌蒙山虎踞东部，哀牢山盘亘西南，百草岭雄峙西北，构成三山鼎立之势；金沙江、元江两大水系以州境中部为分水岭各奔南北，形成二水分流之态。