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截至2023年12月底，山東省轄濟南、青島、淄博、棗莊、東營、煙臺、濰坊、濟寧、泰安、威海、日照、臨沂、德州、聊城、濱州、菏澤16個設區的市，縣級政區136個（市轄區58個、縣級市26個、縣52個），鄉鎮級政區1822個（街道693個、鎮1072個、鄉57個）。2023年年末常住人口10123萬人。（注：行政區劃數據由山東省民政廳提供；年末常住人口數據由山東省統計局提供。）
山東，最初作為一個地理概念，主要指崤山、華山或太行山以東的黃河流域廣大地區。金大定八年（1168年）置山東東路、山東西路，設山東東路統軍司，“山東”始作為政區名稱。明洪武元年（1368年），置山東行中書省。清初設置山東省，“山東”才成為本省的專名。因西周封邦建國時，今山東境內曾存有齊、魯、曹、滕、衛諸國，周公旦封于魯，所以現在山東省簡稱“魯”。
山東行政區劃溯源，與全國一樣，大致萌芽于夏代。在氏族部落基礎上聯成的一些“方國”，孕育著行政區的胚胎。
夏商時期，今山東地域范圍的方國，文獻上記載的有130多國。其中，夏后氏后國和夏世侯伯之國13個，商氏后國和商氏侯伯之國15個，東夷族氏族部落演進為國者100多個。
西周沿襲以血緣關系為基礎的分封制，對原商王朝統治的廣大地區實行“封邦建國”。今山東地區的封國主要有：太公呂尚（姜子牙）受封的齊國和周公旦受封、其子伯禽代受封的魯國。山東被稱為“齊魯之邦”或簡稱“魯”，即由此而來。齊、魯兩大國之外，還有與周王朝同姓（姬）的曹、滕、郜等國。同時，夏商時期山東境內的古國大多數繼續存在于西周。到春秋時期，史籍記載的山東古國有55國之多，主要有齊、魯、萊、莒、滕等國。
戰國時期，山東地區主要有齊國和魯國，并有楚、越、魏、趙、宋等國各一部。齊國作為“戰國七雄”之一，占據了今山東的大部分地區。
秦統一后，在山東分置齊、瑯琊、東海、東、薛等郡。西漢初有十郡六國，東漢分屬青、兗、徐、豫四州，三國時大體略同。
西晉初山東分屬青、徐、兗、豫（統魯郡）、冀（統平原、樂陵）五州。永嘉以后，先后為后趙、前燕、前秦、后燕、南燕、東晉、劉宋、北魏、東魏、北齊、北周所據有。
隋統一后，分屬青、徐、兗、豫四州。唐代，河、濟以南屬河南道，以北屬河北道。
北宋時山東分隸京東東路、京西西路及河北路。金大定八年（1168年）置山東東路、山東西路，設山東東路統軍司，治益都。
元朝分置燕南河北道、山東東、西道肅政廉訪司及山東東西道宣慰司，直隸中書省。
明洪武元年（1368年）置山東行中書省，治青州。洪武九年（1376年），移治濟南，又改置山東承宣布政使司。
直到清代，始將山東政區的名稱定為“山東省”。清末，山東省有濟南、東昌、泰安、兗州、沂州、曹州、登州、萊州、青州、武定10府，濟寧、臨清、膠州3個直隸州，共轄8個散州96個縣。
中華民國初期，劃分為濟南、濟寧、膠東、東臨4道，屬縣107個。1928年廢道，各縣直屬省。1937年10月，日軍侵占山東，國民黨省政府流亡。
1938年7月，中共蘇魯豫皖邊區省委發出關于恢復縣、區、鄉政權的指示，到年底有12個縣成立了抗日民主政府。1939年7月，中共山東分局將山東劃分為3個區和2個特區：膠濟路南、隴海路北、津浦路東為一區，津浦路西為二區，膠東為三區，湖西、清河為特區。1940年8月，山東省戰時工作推行委員會成立，下轄16個專員公署，88個縣。1943年9月，山東省戰時工作推行委員會改名為山東省行政委員會，下設5個主任公署及濱海直屬專員公署，共轄18個專署和92個縣級政權。1945年8月，山東省行政委員會改為山東省政府，下設5個行政公署，共轄21個專署、119個縣。
1949年3月，山東省政府改稱山東省人民政府，下轄14個市（包括濟南、青島、徐州、濰坊4個省轄市）、140個縣、2個辦事處、2個特區。1950年，將原來的16個專區合并為滕縣、臨沂、泰安、沂水、德州、惠民、淄博、昌濰、膠州、萊陽、文登11個專區。
1952年，平原省撤銷，所屬聊城、菏澤、湖西3個專區29個縣劃歸山東。原河北省臨清、館陶、恩城、夏津、武城5個縣劃歸山東，將山東的東光、吳橋、寧津、慶云、鹽山、南皮6個縣劃歸河北。徐州市、新海連市及豐、沛、華山、銅北、贛榆、邳、東海等縣劃歸江蘇。
1953年6月，滕縣專區更名為濟寧專區。7月，撤銷湖西專區和沂水專區，將其所屬縣市分別劃歸濟寧、菏澤和臨沂專區。1954年12月，撤銷淄博工礦區，設立淄博市。1958年，萊陽專區更名為煙臺專區。1960年，撤銷嶧縣，設立棗莊市。1963年，河南省東明縣劃歸山東。1964年，范縣劃歸河南。1965年，館陶劃歸河北，河北省的寧津縣、慶云縣劃歸山東。1967年，專區更名為地區，全省共轄德州、惠民、昌濰、煙臺、臨沂、泰安、濟寧、菏澤、聊城9個地區，濟南、青島、淄博、棗莊4個省轄市，5個縣級市，107個縣。
1981年5月，昌濰地區更名為濰坊地區。1982年11月，設立省轄東營市。1983年10月，撤銷煙臺地區、濰坊地區、濟寧地區，設立地級煙臺市、濰坊市、濟寧市。1985年3月，撤銷泰安地區，設立地級泰安市。1987年6月，威海市升為地級市。1989年6月，日照市升為地級市。1992年3月，惠民地區更名為濱州地區，1992年10月，萊蕪市升為地級市。1994年12月，撤銷臨沂地區、德州地區，設立地級臨沂市、德州市。1997年8月，撤銷聊城地區，設立地級聊城市。2000年6月，撤銷濱州地區、菏澤地區，設立地級濱州市、菏澤市。