W okresie staropolskim znaczniejsza część Powiatu Nowotomyskiego należała do Powiatu Poznańskiego, a Grodzisk i Opalenica wraz z przyległymi terenami do Powiatu Kościańskiego. Oba należały jednak do Województwa Wielkopolskiego.
W ciągu XIX i XX wieku Powiat Nowotomyski przechodził wiele zmian pod względem administracyjnym. W 1815 roku władze pruskie utworzyły Powiat Bukowski z siedzibą w Buku. W skład tego powiatu wchodziło pięć miast: Buk, Grodzisk, Nowy Tomyśl, Opalenica i Lwówek. W 1848 roku siedzibę powiatowych władz przeniesiono z Buku do Nowego Tomyśla. Był to nadal Powiat Bukowski z tym, że władze powiatowe urzędowały w Nowym Tomyślu. Ludność Powiatu Bukowskiego w roku 1875 wynosiła 58 109 mieszkańców. Należał on jednocześnie do najbardziej zaludnionych powiatów w Wielkim Księstwie Poznańskim.
W ciągu XIX i XX wieku Powiat Nowotomyski przechodził wiele zmian pod względem administracyjnym. W 1815 roku władze pruskie utworzyły Powiat Bukowski z siedzibą w Buku. W skład tego powiatu wchodziło pięć miast: Buk, Grodzisk, Nowy Tomyśl, Opalenica i Lwówek. W 1848 roku siedzibę powiatowych władz przeniesiono z Buku do Nowego Tomyśla. Był to nadal Powiat Bukowski z tym, że władze powiatowe urzędowały w Nowym Tomyślu. Ludność Powiatu Bukowskiego w roku 1875 wynosiła 58 109 mieszkańców. Należał on jednocześnie do najbardziej zaludnionych powiatów w Wielkim Księstwie Poznańskim.
Na podstawie uchwały z dnia 6 czerwca 1887r. o podziale administracyjnym z dniem 1.X.1887r. podzielono Powiat Bukowski z siedzibą w Nowym Tomyślu na dwa powiaty: grodziski i nowotomyski. W skład powiatu grodziskiego wchodziły w tym czasie miasta: Buk, Grodzisk i Opalenica, a w skład Powiatu Nowotomyskiego miasta: Nowy Tomyśla i Lwówek. Taki podział terytorialny zachował się do końca okresu zaboru pruskiego. Od końca XVIII w. aż do stycznia 1920r. Zbąszyń wraz z okolicą należał do powiatu międzyrzeckiego. Na podstawie Traktatu Wersalskiego, w dniu 17 stycznia 1920r. miasto Zbąszyń oraz obwód gminy Miedzichowo przyłączono do Powiatu Nowotomyskiego. Na podstawie rozporządzenia Rady Ministrów z dnia 7 stycznia 1932r. o likwidacji niektórych powiatów, z dniem 1 kwietnia 1932r. został zlikwidowany powiat grodziski i w całości przyłączony do Powiatu Nowotomyskiego. Taki stan utrzymał się do września 1939r. W skład Powiatu Nowotomyskiego, po połączeniu go z powiatem grodziskim, wchodziło 6 miast, 9 gmin wiejskich zbiorowych i 117 gromad. Pod względem narodowościowym powiat nowotomyski był zamieszkały w 81% przez ludność polską, 18% niemiecką i 1% inną. Był to powiat wybitnie rolniczy. Liczba ludności w powiecie wynosiła ogółem 90 734 w tym ludności wiejskiej – 64 455 mieszkańców. Okupacyjne władze hitlerowskiego ponownie podzieliły powiat nowotomyski na grodziski i nowotomyski.
W 1945r. po wyzwoleniu spod okupacji hitlerowskiej został utworzony ponownie Powiat Nowotomyski w granicach sprzed września 1939r. Wewnętrzny podział administracyjny powiatu na gminy utrzymał się do grudnia 1954r. Na podstawie ustawy z dnia 25. IX. 1954r. o reformie podziału administracyjnego wsi i powołaniu gromadzkich rad narodowych z dniem 31.XII.1954r. zlikwidowano prezydia gminnych rad narodowych i powołano prezydia gromadzkich rad narodowych o znacznie mniejszych zasięgu terytorialnym niż dawne gminy. W latach 1955 – 1960 istniało w Powiecie Nowotomyskim 36 gromadzkich rad narodowych i 131 sołectw. W następnych latach liczba gromad została zmniejszona przez połączenie niektórych z nich w jedną gromadę. W takich granicach administracyjnych powiat składający się z miast Buk, Grodzisk, Lwówek, Nowy Tomyśl, Opalenica i Zbąszyń wraz z przyległymi gminami oraz gminami wiejskimi: Granowo, Kuślin i Miedzichowo przetrwał aż do reformy administracyjnej w roku 1975.
Obecny Powiat Nowotomyski, istniejący od 1999r. nie został jednak odtworzony w tych samych granicach. Połączone zostały bowiem gminy, które do tej pory, mimo sąsiedztwa, przez 23 lata wchodziły w skład trzech różnych województw: poznańskiego, gorzowskiego i zielonogórskiego. Obecnie w skład powiatu nowotomyskiego wchodzi sześć gmin: Kuślin, Lwówek, Miedzichowo, Nowy Tomyśl, Opalenica, Zbąszyń.