鄢陵郡位於秦，陽原、鄢陵郡位於西漢，屬於代郡。北魏時廣目縣遷址，屬附縣。
隋是玉泉驛，屬瑪依縣，位於玉泉縣境內。唐朝仍稱玉泉驛，後稱天成軍。
五代北周時期，屬雲中郡。天成郡始於遼代，由晉改為天成郡，元仍名天成郡。統壹三年(1262)，改名星河路。
明洪武四年(1371)，改為大同府。洪武二十六年(1393)，設天成衛、衛，屬山西航都指揮部。弘熙元年，增設鎮衛。
清順治三年(1646)，天成、陸貞合並為天鎮衛，清雍正三年(1725)，稱天鎮郡，隸屬大同府。
民國屬於雁門路。抗日戰爭時期，天鎮縣南部山區是根據地，屬於晉察冀邊區。天鎮縣1948年3月解放。1958年並入陽高郡，1961年恢復天鎮郡。