อำเภอคลองใหญ่เดิมอยู่ในเขตการปกครองของจังหวัดปัจจันตคีรีเขตร์ (ปัจจุบันคือจังหวัดเกาะกงของกัมพูชา) พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวได้ทำสนธิสัญญากับฝรั่งเศส และยกฐานะเป็น กิ่งอำเภอคลองใหญ่
 เมื่อ พ.ศ. 2455 และยกฐานะเป็น อำเภอคลองใหญ่ เมื่อ พ.ศ. 2502 อยู่ทางตะวันออกของจังหวัดตราด