در دوره ماد استان ایلام جزء یکی از ایالتهای آنها به حساب می آمد.در دوره هخامنشی جزو 23 ساتراپی آنها بوده و این را داریوش هخامنشی بر صخره ای از کوه بیستون ثبت نموده است.در دوره ماد و هخامنشی استان ایلام بدلیل نزدیکی با پایتخت های باستانی شوش،هگمتانه(همدان) و بیستون از اهمیت زیادی برخوردار بوده است.
دوران سلوکی و اشکانی:
بعد از درگذشت داریوش سوم،اسکندر تمام ممالک ایران از جمله ایلام را به تصرف خود در آورد.پس از مرگ اسکندر میراث او بین سردارانش تقسیم شد که سوزیانا(ایلام-لرستان و خوزستان)جزو 27 ایالت سلوکیان بود.پس از انقراض آنان و آغاز دوران پارتی(اشکانی)این منطقه جرئی از قلمرو اشکانیان شد.دولت پارت در زمان سلطنت مهرداد اول(171-138 ق.م)به دولتی بزرگ مبدل شد و ایالتهای پارس،خوزستان،ایلام،گرگان،باختر،مرو،زرنگ(سیستان) و سراسر پارت، یعنی ایران کنونی و تمامی بین النهرین،تحت تسلط حکومت اشکانی در آمدند.
دوره ساسانی: بعلت اینکه در این دوران استان ایلام فیمابین تیسفون(بغداد)بعنوان پایتخت ساسانیان و دولت شهرهای شوش و بیستون و فارس قرار گرفته از اهمیتی ویژه برخوردار بوده است.و به همین دلیل عملیات عمرانی زیادی از سوی دولت مرکزی در این استان انجام پذیرفته که معروفترین آثار حفاظت شده آنها عبارتند از:پل گاومیشان،چم نمشت،قلعه سام،شهر تاریخی سیروان،آتشکده موشکان،چهار طاقی دره شهر.
در زمان ساسانیان،استان ایلام جزو سرزمین پهله یا پهلو،یعنی استان بزرگی که بعداً اعراب آن را جبال نامیدند بود.پهله شامل شهرهای اصفهان،ری،همدان،کرمانشاه،دینور،ماسبذان،مهرجانقذق،نهاوند،کوفه،قزوین،آذربایجان، قوم و کومش بوده است
