周属肃慎地。
汉晋时挹娄地。
魏属勿吉。
隋为靺鞨。
唐属靺鞨的黑水部。
辽属女真五国部。
金属呼尔哈路。
元为呼尔哈万户府管辖。
明为努尔干都司统辖。
清属赫哲喀喇，后归属三姓管辖。
宣统元年，建县。
宣统元年（1909年），于桦皮川设县。
宣统二年（1910年），移驻佳木斯。
民国元年（1912年），悦来镇落成，又因佳木斯水患，便将桦川县移置悦来镇，隶属于吉林省依兰府。
民国三年（1914年）六月，划属吉林省依兰道。
民国十四年（1925）一月，行署成立书匾“桦川县公署”。
民国十八年（1929年），东北政务委员会成立，废道制，县归省直辖，桦川县隶属吉林省为三等县。
伪满大同元年（1932年），公布公署官制，桦川仍归吉林省所辖，为乙类县。
康德元年（1934年），十二月实行地方行政机构改革，划东北为十四省，桦川县划归三江省所辖。在此后历次地方行政机构改革中，此县均隶属于三江省。直至东北光复后。
民国三十六年（1947年），六月五日公布了东北新省区方案，将伪省合并为九省，桦川县被划归合江省管辖。全国解放后，划东北为三省，又将此县划归黑龙江省管辖。
2000年，桦川县辖4个镇、8个乡。
