Территория Сахалинской области в 1914—1920 годах
15 мая 1884 года вышло «Положение об управлении островом Сахалин», согласно которому из состава Приморской области был выделен Сахалинский отдел, который делился на 3 округа:
Александровский (центр — Пост Александровский)
Корсаковский (центр — Пост Корсаковский)
Тымовский (центр — селение Рыковское)
По Портсмутскому мирному договору, заключённому 25 августа (5 сентября) 1905 года территория Южного Сахалина (к югу от 50-го градуса с.ш.), включавшая в себя весь Корсаковский округ и большую часть Александровского, отошла к Японии. 31 марта 1907 года на этой территории было образовано губернаторство Карафуто с центром в городе Отомари (б. Пост Корсаковский).
1909—1920 годы. Сахалинская область
17 июня 1909 года согласно закону «Об административном переустройстве Приморской области и острова Сахалина» из состава Приморской области была выделена Сахалинская область (центр — Пост Александровский).
26 февраля 1914 года в состав Сахалинской области из Приморской области был передан Удский уезд (центр — город Николаевск). Административный центр области был перенесён из посёлка Александровского в город Николаевск.
С 21 апреля 1920 года по 15 мая 1925 года Северный Сахалин был оккупирован японскими войсками.
1925—1931 годы. Сахалинский округ
12 мая 1925 года решением президиума Дальревкома на Северном Сахалине был образован Сахалинский округ (центр — город Александровск), в состав которого вошли 4 района.

4 января 1926 года постановлением Президиума ВЦИК Сахалинский округ вошёл в состав новообразованного Дальневосточного края (ДВК) с центром в Хабаровске.
10 февраля 1930 года, решением 1-го туземного съезда Советов, был образован Восточно-Сахалинский район.
В декабре 1930 года на территории выделенной из Рыбновского и Охинского районов был создан национальный Западно-Сахалинский район.
1932—1937 годы. Сахалинская область ДВК
20 октября 1932 года вышло постановление ВЦИК и СНК РСФСР «О новом территориальном делении и районировании Дальневосточного края». В составе ДВК были образованы четыре области, в том числе Сахалинская область (центр — город Александровск-Сахалинский), в состав которой вошли районы:
Александровский (центр — город Александровск-Сахалинский)
Восточно-Сахалинский (центр — стойбище Ноглики)
Западно-Сахалинский (центр — стойбище Вискиво)
Охинский (центр — посёлок Оха)
Рыбновский (центр — село Верещагино)
Рыковский (центр — село Рыковское)
16 декабря 1933 года постановлением Президиума Сахалинского облисполкома был упразднён Западно-Сахалинский район; в это же время был образован Широкопадский район (центр — село Широкая Падь).
В 1937 году Рыковский район был переименован в Кировский район.
1938—1946 годы. Сахалинская область Хабаровского края
20 октября 1938 года Сахалинская область вошла в состав новообразованного Хабаровского края.
К 1 апреля 1940 года АТД Сахалинской области выглядело следующим образом:

Южно-Сахалинская область
В августе 1945 года советские войска провели Южно-Сахалинскую и Курильскую операции, завершившиеся присоединением Южного Сахалина и Курильских островов к СССР.
В январе 1946 года на Южном Сахалине и Курильских островах началось упразднение японского административно-территориального деления, были ликвидированы окружные префектуры, городские и сельские управы. 2 февраля 1946 года указом Президиума Верховного Совета СССР на этой территории была образована Южно-Сахалинская область в составе Хабаровского края с центром в городе Тойохара.
4 июня 1946 года административный центр Южно-Сахалинской области город Тойохара был переименован в город Южно-Сахалинск.
5 июня 1946 года указом Президиума Верховного Совета РСФСР «Об административно-территориальном устройстве Южно-Сахалинской области» было образовано 14 районов:
Анивский (центр — город Анива)
Долинский (центр — город Долинск) — на большей части волости Отиай
Корсаковский (центр — город Корсаков)
Курильский
Лесогорский (центр — город Лесогорск)
Макаровский (центр — город Макаров)
Невельский (центр — город Невельск)
Поронайский (центр — город Поронайск)
Северо-Курильский (центр — город Северо-Курильск)
Томаринский (центр — город Томари)
Углегорский (центр — город Углегорск)
Холмский (центр — город Холмск)
Южно-Курильский
Южно-Сахалинский
Этим же указом были переименованы города:
Касивабора в Северо-Курильск
Маока в Холмск
Отиай в Долинск
Отомари в Корсаков
Сикука в Поронайск
Сиритори в Макаров
Томариору в Томари
Эсутору в Углегорск
с 1947 года. Сахалинская область
1947—1962 годы
Сахалинская область в составе РСФСР с центром в Александровске-Сахалинском была образована 2 января 1947 года указом Президиума Верховного Совета СССР. Этим же указом была ликвидирована Южно-Сахалинская область, территория которой вошла в состав Сахалинской области.
18 апреля 1947 года административный центр Сахалинской области был перенесён из города Александровск-Сахалинский в город Южно-Сахалинск.
14 октября 1948 года указом Президиума Верховного Совета РСФСР был ликвидирован Долинский район.
22 августа 1951 года указом Президиума Верховного Совета РСФСР был образован Горнозаводский район (центр — город Горнозаводск).
31 августа 1956 года указом Президиума Верховного Совета РСФСР Горнозаводский район был ликвидирован.
1963—1965 годы
1 февраля 1963 года прошла всесоюзная реформа районного деления. Указом Президиума Верховного Совета РСФСР «Об укрупнении сельских районов, образовании промышленных районов и изменении подчинённости городов Сахалинской области» было упразднено 14 районов области: Восточно-Сахалинский, Корсаковский, Красногорский, Курильский, Лесогорский, Невельский, Поронайский, Рыбновский, Северо-Курильский, Томаринский, Чеховский, Широкопадский, Южно-Курильский и Южно-Сахалинский. Восточно-Сахалинский район был преобразован в Ногликский промышленный район (центр — посёлок Ноглики). Кировский район был преобразован в Кировский сельский и Тымовский промышленный районы. В состав последнего из Поронайского района были переданы сельсоветы: Побединский, Первомайский и Смирныховский. Леонидовский поссовет и Малиновский сельсовет Поронайского района были переданы в состав Макаровского сельского района.
13 мая 1963 года решением Сахоблисполкома № 175 в состав укрупненного Анивского сельского района были включены 4 сельсовета: Березняковский, Лиственничный, Новоалександровский и Троицкий.
В результате реформы Сахалинская область была разделена на 7 промышленных и 4 сельских района, 9 городов имели статус областного подчинения.

В 1964 году Рыбновский район был включён в состав Охинского района.
12 января 1965 года указом Президиума Верховного Совета РСФСР были ликвидированы промышленные и сельские районы и вновь созданы единые районы:
Анивский (центр — город Анива)
Макаровский (центр — город Макаров)
Углегорский (центр — город Углегорск)
Александровск-Сахалинский (центр — город Александровск-Сахалинский)
Долинский (центр — город Долинск)
Корсаковский (центр — город Корсаков)
Курильский (центр — город Курильск)
Невельский (центр — город Невельск)
Ногликский (центр — пгт Ноглики)
Охинский (центр — город Оха)
Поронайский (центр — город Поронайск) — в составе Вахрушевского, Гастелловского, Леонидовского и Тихменевского поссоветов, Соболинского (Владимировского) и Трудовского (Устьевского) сельсоветов
Северо-Курильский (центр — город Северо-Курильск)
Томаринский (центр — город Томари)
Тымовский (центр — пгт Тымовское) — в результате объединения Кировского сельского и Тымовского промышленного районов
Холмский (центр — город Холмск)
Южно-Курильский (центр — пгт Южно-Курильск)
16 января 1965 года решением исполкома Сахалинского областного Совета депутатов трудящихся № 21 на основании указа Президиума Верховного Совета РСФСР от 12 января 1965 года был образован Смирныховский район (центр — поселок городского типа Смирных).
1966—2004 годы
К 1 января 1986 года АТД Сахалинской области выглядело следующим образом:

16 июня 1996 года, по решению населения посёлка Вахрушев Поронайского района, принятого местным референдумом, было образовано муниципальное образование «Вахрушев».
с 2004 года
21 июля 2004 года в соответствии с законом Сахалинской области № 524 «О границах и статусе муниципальных образований Сахалинской области» статусом городского округа были наделены 19 муниципальных образований. Однако Прокуратурой Сахалинской области наделение семнадцати из девятнадцати муниципальных образований статусом городского округа (кроме Южно-Сахалинска и Вахрушева) было опротестовано в суде.
17 июня 2005 года Законом Сахалинской области № 42-ЗО пункты 9 и 17 статьи 1 Закона Сахалинской области «О границах и статусе муниципальных образований в Сахалинской области» в части установления границ и наделения статусом городского округа муниципальных образований «Углегорский район» и «Невельский район» были исключены; образованы Невельский и Углегорский муниципальные районы.
26 октября 2005 года определением Сахалинского областного суда производство по делу было прекращено, заявление прокурора области оставлено без удовлетворения. 5 апреля 2006 года определением Верховного Суда Российской Федерации решение Сахалинского областного суда оставлено без изменения.
На 11 октября 2009 года назначено голосование по преобразованию Невельского муниципального района в городской округ путём объединения Невельского городского, Горнозаводского и Шебунинского сельских поселений с образованием единого муниципального образования.
До 7 декабря 2009 года муниципальное устройство Сахалинской области имело следующий вид:

Законом Сахалинской области от 7 декабря 2009 года № 105-ЗО,Невельское городское поселение, Горнозаводское и Шебунинское сельские поселения объединены в Невельский городской округ.
Законом Сахалинской области от 13 июля 2012 года № 79-ЗО, муниципальные образования «Городской округ „Вахрушев“» и городской округ «Поронайский» преобразованы в муниципальное образование Поронайский городской округ.