Уезд образован 22 сентября 1780 года в составе Вятского наместничества (с 1796 года — Вятской губернии), хотя в актах Русского государства XVII века местность около Сарапула всегда называлась Сарапульским уездом.
В 1897 году в уезде жили 408 058 человек, в том числе русские — 290 828, удмурты — 97 827, татары — 7 226, башкиры — 5 100 и другие. На 1909 год 387 000 жителей: великорусы (около 70 %), вотяки (с 25 %), татары, башкиры, тептяри.
3 июля 1920 года северные и западные волости уезда были включены во вновь образованную Вотскую АО, где вошли в состав Ижевского и Дебёсского уездов.
5 января 1921 года Постановлением ВЦИК Агрызская и Исенбаевская волости были переданы Татарской АССР, а уменьшившийся Сарапульский уезд отошёл к Пермской губернии.
3 ноября 1923 года в ходе территориальной реформы, территория Пермской губернии была присоединена к Уральской области, уезд был расформирован, а его территория вошла во вновь образованный Сарапульский округ Уральской области.
