Värmland har möjligen fått sitt namn efter sjön Värmel, vilket har lett till antagandet att värmlänningarna ursprungligen kallades för värmlar och landskapet för Värmilland. Alternativt har både sjön och landskapet fått sitt namn från ett äldre namn på Borgviksälven som skulle ha varit "Värma", vilket betyder den sjudande eller den icke tillfrysande. En annan teori går ut på att namnet kommer från de anläggningar som användes av laxfiskarna i Klarälven under medeltiden, så kallade värmane, vilket i sin tur har lett till antagandet att värmlänningarna ursprungligen kallades för värmar. Det medeltida Värmland hade i stort sett samma gränser som idag. Enda undantaget är Nordmarks härad som fram till 1570-talet var en del av Dalsland/Västergötland.

Senast i slutet av 1100-talet blev Värmland en egen lagsaga. Dess lag, som dessvärre inte är bevarad, var förmodligen mycket lik västgötalagen, vars lagsaga värmlänningarna troligen tillhörde förut. Den starka anknytningen till Västergötland gjorde att Värmland förr räknades som en del av Götaland och när Göta hovrätt inrättades 1634 tillhörde Värmland också dess domkrets. Detta förändrades när Värmland överfördes till Svea hovrätt 1815 varmed landskapet kom att uppfattas som en del av Svealand. 1963 bytte Värmland ännu en gång domkrets, denna gång till hovrätten för västra Sverige som hade inrättats 1948 i Göteborg med Älvsborgs, Göteborg & Bohus och Hallands län som ansvarsområde.

När Sverige började indelas i slottslän under 1200-talet kom Värmland först att lyda under Axevalla slott i Västergötland. Under 1300-talet tillkom Agneholms slott vid gränsen mellan Västergötland och Värmland samt Edsholms slott i närheten av Grums. Båda slotten brändes dock ner av värmlänningarna under Engelbrekts uppror. Gustav Vasa testamenterade Värmland tillsammans med Södermanland och Närke till sin yngre son Karl (IX) som ett hertigdöme. Karl tillträdde sitt hertigdöme 1568 och det utökades med Vadsbo och Valle härader i Västergötland 1569-71. Som kung testamenterade Karl IX i sin tur sitt gamla hertigdöme till sin yngre son Karl Filip. Han dog dock 1622 innan han hade kunnat tillträda sitt hertigdöme eller få arvingar så Värmland drogs in till kronan. Under några år på 1620- och 1630-talet utgjorde Värmland sedan ett län tillsammans med Dalsland. Men i 1634 års regeringsform stadgades det att Värmland tillsammans med Närke och västra Västmanland skulle bilda Örebro län, vilket det också tillhörde med undantag av åren 1639-54 (då Värmland förvaltades separat) fram till 1779 då Värmland slutgiltigt blev ett eget län. 1648-1654 och 1716-1719 ingick Värmland respektive Örebro län i det västsvenska generalguvernementet. Bortsett från östligaste delen med Karlskoga och Degerfors som förblev en del av Örebro län har hela Värmland utgjort ett eget län sedan 1779. Kommunsammanslagningarna på 1900-talet innebar dock att inte heller landskapsgränsen mellan Västergötland och Värmland numera överensstämmer med länsgränsen.

Enligt Adam av Bremen kristnades Värmland på 1000-talet av biskop Adalvard den äldre i Skara. Värmland kom också att tillhöra Skara stift fram till 1580 då hertig Karl på eget bevåg avskiljde Värmland och två västgötska härader (Vadsbo och Valle) från detta stift och istället lade dessa områden under en superintendent i Mariestad. Superintendenten flyttade sitt residens till Karlstad 1647 och 1658 fick Skara stift tillbaka de västgötska häraderna mot att Dalsland och norra Bohuslän tillföll Karlstad. Det värmländska stiftet fick sina nuvarande gränser 1693 när norra Bohuslän överfördes till Göteborgs stift. Slutligen fick superintendenten biskopsvärdighet 1772.

Värmland befolkades relativt sent och var under medeltiden glest bebyggt. Kulturellt tycks landskapet ha hört ihop med Västergötland, även om det fanns norska influenser. Senast från slutet av 1100-talet framträder Värmland som en egen politisk enhet skild från Västergötland eftersom vi då känner till namnen på värmländska lagmän. Men att Värmland inte var något betydelsefullt landskap under medeltiden framgår tydligt av Magnus Erikssons landslag från 1347 som inte ger värmlänningarna rätten att delta i kungavalen. Det var först med Kristoffers landslag från 1442 som Värmland och övriga perifera landskap fick den rättigheten.

Den kunskap vi har om Värmlands allra äldsta historia kommer från den isländske historieskrivaren Snorre Sturlasson. Tack vare närheten till Norge har han skrivit ovanligt mycket om just Värmland, de svenska landskapens historia är ju annars täckt av en förhistorisk dimma som sträcker sig långt in i medeltiden. Snorre Sturlassons kungasagor som kallas för Heimskringla är emellertid nedskrivna först under 1200-talet varför hans uppgifter får betecknas som sagohistoria med en liten kärna av sanning. Enligt honom skulle en son till den Ingjald Illråde som hade enat Svitjod och sedan störtats av Ivar Vidfamne i mitten av 600-talet ha slagit sig ned i Värmland och bildat ett småkungadöme där. Sonens namn var Olof Trätälja och han hade växt upp i Västergötland hos sin fosterfar. Tillnamnet Trätälja skulle han ha fått för att han röjde de värmländska skogarna för att bryta bygd. Landsflyktiga svear skulle därefter ha flyttat till Värmland i en sådan omfattning att landet inte räckte till för att föda alla. Den svåra hungersnöden som blev följden skyllde de på kung Olof som ansågs inte ha blotat tillräckligt mycket till gudarna. Svearna ska därför ha belägrat hans hus och bränt honom inne som offer till Oden. Eftersom hungersnöden inte upphörde med detta insåg de att de var för många och drog därför samman en här som erövrade ett angränsade småkungadöme i Norge där de gjorde Olof Trätäljas son Halvdan vitben till kung. Hans andre son Ingjald blev ny kung över Värmland, vilket efter dennes död ärvdes av brodern Halvdan.

Ingjald Illråde och Olof Trätälja kan mycket väl ha varit historiska personer som överlevt i de nordiska myternas värld. Däremot är andra uppgifter i denna berättelse desto mer tvivelaktiga. Påståendet att de vidskepliga svearna offrade Olof Trätälja till Oden ska tas med en mycket stor nypa salt, det är nämligen bara ett av flera exempel på de fördomar som isländska historieskrivarna hade mot svenskar, och det förtjänar därför ingen tilltro. Inte heller ska man fästa någon större vikt på påståendet att Olof Trätälja hade en son vid namn Halvdan som blev kung i Norge. Det norska kungahuset gjorde under medeltiden anspråk på att härstamma från Halvdan och därmed också från den mytomspunna svenska Ynglingaätten som Olof Trätälja tillhörde. Men moderna forskare låter sig inte övertygas av denna genealogi utan pekar på olikheter i namnskicket mellan de svenska och norska ynglingarna som talar emot ett sådant släktskap. Intressant är också att notera enligt Snorre Sturlasson skulle Värmland redan under 700-talet ha förenats med Halvdan vitbens kungadöme, vilket senare utvecklades till ett enat norskt rike. Under medeltiden gjorde nämligen de norska kungarna anspråk på åtminstone Dalsland med motiveringen att det var ett gammalt norskt land. Även Värmland kan ha ingått i norska anspråk och Snorre Sturlassons skildring kan tolkas som ett försök att stödja ett sådant anspråk.

Enligt Snorres Heimskringla ska Värmland ha förblivit en del av Halvdans östnorska rike ända tills hans sonsons sonsöner Halvdan Svarte och Olav förlorade kontrollen över detta land till sveakungen. Det skulle dock bara vara en tillfällig motgång eftersom Halvdan Svartes son var ingen mindre än den Harald Hårfager som enade Norge i slutet av 800-talet. Haralds krigståg innebar att han befann sig i Trondheim under fyra vintrar och under denna tid ska sveakungen Erik Emundsson ha lagt under sig Värmland, Bohuslän och Dalsland. Utöver detta hade även flera hövdingar och annat folk längs Oslofjorden också erkänt sveakungens överhöghet. Harald Hårfager återvände då för att återupprätta sitt välde där och bestraffade dem som hade svikit honom. Därefter var det Värmlands tur och Snorre Sturlasson har en längre beskrivning om hur detta landskap återbördades till Norge. Den mäktigaste bonden i Värmland hette vid den tiden Åke och han hade tidigare varit trogen Halvdan Svarte men hade nu gått över till sveakungens sida. När Harald var i antågande bestämde Åke sig för att bjuda in både honom och sveakungen till ett gästabud och för detta ändamål lät han bygga ett nytt långhus där Harald och hans män skulle huseras medan svearna fick nöja sig med det gamla. På samma sätt serverades Harald och hans män med nya kärl och dryckeshorn medan svearna fick använda de gamla. Efter gästabudet erbjöd också Åke sin son Ubbe som tjänare till Harald. När Erik Emundsson sedan frågade Åke varför denne hade behandlat Harald bättre fick han svaret att det berodde på att Erik var gammal medan Harald var i sina fulla blomning. Erik Emundsson blev då så ilsken att han dödade honom med sitt svärd. När Harald fick höra detta ville han hämnas Åke och förföljde Erik Emundsson ända till gränsen till Götaland. Därefter vände Harald tillbaka och lade under sig Värmland och allt land väster om Göta älv samt dödade alla män som var trogna sveakungen.

Det är svårt att bedöma sanningshalten i den ovannämnda berättelsen eftersom Snorre Sturlasson ofta tog sig friheten att med berättarglädje brodera ut den torftiga informationen som han fick från sina källor. Uppenbarligen ville han med detta skildra hur Harald Hårfager förhindrade ett försök från svearna att lägga under sig det gamla norska landskapet Värmland. När Värmland slutgiltigt blev en del av Sveariket berättar Snorre Sturlasson däremot inte. Men i Egil Skallagrimssons saga som Snorre Sturlasson troligen också har författat skildrar han en lång episod om hur hans anfader Egil Skallagrimssons drev in skatter i Värmland åt den norske kungen Håkon den gode (ca 935-960). Värmlänningarna hade länge varit ovilliga att betala dessa men Egil utförde sitt uppdrag med sin typiska hårdhänta stil, vilket fick som följd att flera värmlänningar dräptes och att en opålitlig bonde fick ett öga utstucket. Enligt sagan styrdes Värmland av Arnvid jarl i slutet av Harald hårfagers regeringstid. När denne efterträddes av sina söner ska Arnvid alltså ha vägrat betala skatt till de norska kungarna. Något öppet trots var det dock inte frågan om utan Arnvid hade helt enkelt i hemlighet mördat Håkon den godes sändebud när de försökte återvända hem. Två gånger hade detta skett innan Egil Skallagrimsson blev för svår för de värmländska stigmännen att döda. Egil berättade för kungen vad som hade skett och denne tågade sedan till Värmland med en här och fördrev Arnvid jarl samt bestraffade bönderna för deras otrohet med böter. En ny jarl insattes och värmlänningarna tvingades lämna gisslan till kungen. Även om tillförlitligheten i denna saga som skrevs ned 300 år efter att händelserna ägde rum är tveksam så kan den ändå ses som ett tecken på att de norska kungarnas kontroll över Värmland var svag och avtagande under 900-talet. Och om vi återvänder till Heimskringla så beskriver den hur Olof Skötkonung erövrade de norska landsdelarna Bohuslän och södra Tröndelag efter slaget vid Svolder år 1000. Eftersom Värmland inte nämns i samband med detta får vi förmoda att det hade blivit svenskt innan dess. För under 1000-talet beskrivs Värmland i alla källor som en del av Sverige. En ledtråd kan finnas i 1100-talskrönikan Historia Norwegie som berättar att Håkon Jarl som tog makten i Norge ca 970 dödade alla hövdingar som hade betalt skatt till sveakungen: Sverige tycks alltså ha utnyttjat Norges försvagade tillstånd vid denna tid till att lägga under sig tidigare norska områden.

På 1060-talet blev den landsflyktige norske jarlen Håkon Ivarsson insatt som jarl över Värmland av kung Stenkil. Denne använde Värmland som bas för attacker mot Norge vilket ledde till den norske kungen härjade Västergötland som hämnd. Detta enligt Snorre Sturlasson, i en annan källa hävdas det att Håkan Ivarsson var jarl i Halland istället och att anfallet mot Västergötland kom helt oprovocerat efter att Norge hade slutit fred med Danmark. Nästa gång Värmland blev inblandat i den nordiska storpolitiken var i samband med de norska inbördesstriderna under medeltiden. Vid två tillfällen, 1177 och 1178, tvingades den norske kungen Sverre fly genom Värmland. Värmlänningarna var vänligt sinnade till honom och vid hans andra genomresa lovade de att försvara honom mot hans fiender, vilket kanske var anledningen till att hans motståndare Magnus Erlingsson inte förföljde honom. På 1220-talet använde de upproriska ribbungarna Värmland som en tillflyktsort under deras kamp mot Norges kung Håkon den gamle. Håkon protesterade mot detta, först till värmlänningarna och sedan direkt till Sveriges minderårige kung Erik Eriksson, men det ledde ingen vart. Till slut valde han att själv invadera Värmland 1225 för att kväsa ribbungarnas uppror. Den värmländska allmogen gjorde ett försök att stoppa den norska hären i slaget vid Holmedal, men de besegrades och Håkon brände ner alla byar som inte betalade brandskatt varefter han återvände till Norge. Detta fälttåg orsakade en långvarig osämja mellan Sverige och Norge som inte löstes förrän 1249 med freden i Lödöse.

Från senmedeltiden känner vi till en uppdelning av Värmland i Västersyssla och Östersyssla. Eftersom sysselindelningen vanligen förknippas med Norge vill många tolka det som en rest av en äldre indelning som härstammar från den norska tiden. Fast även Danmark var i äldre tid indelat i sysslor och delar av Estland kallades i äldre källor för Eysyssla och Adalsyssla, vilket har tolkats som ett tecken på att de en gång har lytt under en skandinavisk kung, troligen sveakungen. Sysselindelningen behöver därför inte tyda på norskt inflytande även om det är sannolikt. En annan teori gör gällande att denna indelning kom till i slutet av 1300-talet då Värmland styrdes från Norge. Under 1300-talet var nämligen Sverige och Norge förenade i en union som upplöstes när Magnus Eriksson avsattes som svensk kung 1363. Därefter följde ett norsk-svenskt krig där Magnus Eriksson tillsammans med sin son Håkon försökte återta Sveriges tron. 1371 slöt de fred i utbyte mot att de fick Västergötland, Dalsland och Värmland som underhållslän. Värmland var därmed i praktiken en del av Norge tills drottning Margareta fördrev Albrekt av Mecklenburg från Sverige 1389 och skapade Kalmarunionen.

De återkommande dansk-svenska krigen från och med unionstiden innebar att Värmland i egenskap av gränslandskap ofta blev en krigsskådeplats under dessa århundraden. Men bortsett från detta och ett mindre uppror 1437-38 var Värmland ett relativt lugnt hörn i det svenska riket. I mitten av 1500-talet fanns det endast 1 100 hemman i Värmland varav 52 % brukades av skattebönder och 27 % av frälsebönder. Kyrko- och Kronojorden utgjorde 21 % respektive 1 %. Värmlands första stad, Karlstad, grundades 1584 på den gamla tingsplatsen Tingvalla. Vid samma tid inleddes en omfattande invandring av finnar som med hjälp av svedjebruk odlade upp de så kallade finnmarkerna. Stadsgrundandet följdes upp med Filipstad 1611 som dock brann ner 1694 och förlorade sina stadsprivilegier året efter för att få tillbaka dem förrän 1835. Kristinehamn som tidigare hade hetat Bro blev stad 1642 och drabbades av inte mindre än fem stora stadsbränder (1777, 1804, 1812, 1842 och 1893). Nästa våg av städer kom på 1900-talet då Arvika (1911), Karlskoga (1940), Hagfors (1950) och Säffle (1951) blev städer. Den näring som under denna tid har satt sin prägel på Värmland är bergsbruket som är känt från 1300-talet, och Värmland är också rikt på gamla bruksorter. Men från och med slutet av 1800-talet har skogsbruket blivit den viktigaste näringen. 1999 fick Värmland ett universitet i Karlstad.