『日本書紀』によれば、大化の改新（645年）の時に「大化」が用いられたのが最初であるとされる。以後、7世紀中後期には断続的に元号が用いられたことが日本書紀には描かれている。文武天皇5年（701年）に「大宝」と建元し、以降継続的に元号が用いられることとなった。
南北朝時代には、持明院統（北朝）、大覚寺統（南朝）が独自に元号を制定したため、1331年から1392年まで2つの元号が並存した（建武元年、同2年は、南北共通）。
室町時代には特に足利3代将軍義満以降改元に幕府の影響が強まるが、一方で京都の幕府と対立した鎌倉府が改元を認めずに反抗すると言う事態も生じた。
江戸時代に入ると幕府によって出された禁中並公家諸法度第8条により「漢朝年号の内、吉例を以て相定むべし（中国の元号の中から良いものを選べ）」とされ、幕府が元号決定に介入することになった。
明治以前は、天皇の交代時以外にも随意に改元していたが、明治維新の時に一世一元の詔が出され、天皇の代毎に改元する一世一元の制に改めた（これにより甲子改元もなくなった）。旧皇室典範の廃止後、元号使用の法的根拠がなくなったため、論争を経て1979年に元号法が制定された。元号法では「元号は皇位の継承があった場合に限り改める」と定められ、一世一元の制が維持された。
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明治改元の詔は「○○年を以て○○に改元する」という形式であったため、改元はその年の元日に遡って適用され、それ以後に書かれる書物では、改元前の月日のことでも原則として改元後の元号で書かれた（但し、現在と同様に改元の詔の日から適用するという説もある）。大正・昭和は改元の詔のあった即日（それぞれ1912年7月30日・1926年12月25日）から、平成は改元の政令が公布された翌日（1989年1月8日）から新元号が適用され、平成の第1日目が始まった（1989年1月1日〜1月7日の間は昭和64年であり、平成は適用されない）