秦始皇三十七年(公元前210年)置,屬會稽郡,治所位於今南京市江寧區秣陵街道。秦始皇東巡,曾在秣陵關西南丹陽(今南京市江寧區丹陽)經過,回途又從江乘渡江北返。
秦朝所置秣陵、江乘、丹楊三縣縣治都在今南京地區,其管轄範圍為寧鎮山脈以南,橫山以北,茅山以西的廣大區域。起初均隸屬鄣郡,後又一度改屬會稽郡。今秣陵街道(一名秣陵關),就是秦漢時代南京地區的政治中心——秣陵縣城。李清照的詞“春歸秣陵樹、人老建康城”,說的就是南京。
西漢元朔元年(前128年),秣陵縣改為秣陵侯國,江都易王子劉纏被封為秣陵侯。
西漢元鼎四年(前114年),劉纏死後,因其無子,秣陵侯國被除。秣陵侯國存在15年後即告終,又恢復為秣陵縣,屬鄣郡。
新朝天鳳元年(公元14年),秣陵縣改稱宣亭縣。
西漢更始元年(公元23年),恢復為秣陵縣,屬丹陽郡。
東漢建安十七年(212年),孫權於楚金陵邑建石頭城(今南京市清涼山石頭城遺址),改秣陵縣為建業縣,縣治由秣陵關遷往石頭城。南京民諺云:“先有秣陵,後有建業”,說的便是這段歷史。
西晉太康元年(280年),武帝司馬炎廢建業之名,恢復為秦漢舊稱秣陵縣。
西晉太康三年(282年),分淮水北為建鄴、南為秣陵。秣陵縣治在遷往石頭城70年後,又遷回了秣陵關(今南京市江寧區秣陵街道)。
東晉義熙九年(413年),秣陵縣治遷往建康城郭東南斗場柏社(今南京市主城)。
隋朝開皇九年(589年),秣陵縣併入江寧縣。