截至2020年10月，全州设9县1市，分别为楚雄市、双柏县、牟定县、南华县、姚安县、大姚县、永仁县、元谋县、武定县、禄丰县。
县级市
1.楚雄市
楚雄市为楚雄彝族自治州的地级行政区首府，也是楚雄彝族自治州的政治、经济、文化、交通中心。楚雄市位于云贵高原中部，面积为4433平方公里。
县
2.双柏县
双柏县是云南省楚雄自治州下辖县，位于云南省中部，楚雄州南部，面积4045平方千米。
双柏县红河源头的重要生态屏障，是哀牢山国家级自然保护区的核心区域，也是彝族“三笙”文化的重要发源地，是“滇中绿海明珠”和“中国彝族虎文化故乡”。
3.牟定县
牟定县位于云南省中北部，楚雄彝族自治州中部，总面积1464平方公里。
牟定县是离楚雄州府楚雄市距离最近的县之一，仅35千米，有元双二级高速跨境而过，处于滇中产业新区的辐射地带，新规划中的楚雄机场就位于牟定境内。
4.南华县
南华县是楚雄彝族自治州下辖县，原名镇南，1954年改为南华县，意为“西南美丽的地方”。南华县位于楚雄州西部，面积2343平方公里。
2019年2月2日，被国家中医药管理局评为县级全国基层中医药工作先进单位。
5.姚安县
姚安县是云南省楚雄彝族自治州下辖的县之一，县境位于云南省楚雄彝族自治州西北部，总面积1803平方公里。姚安县主要景点有德丰寺、龙华寺、洋派水库等景点。
6.大姚县
大姚县是云南省楚雄彝族自治州下辖县，位于云南省楚雄彝族自治州西北部，总面积4146平方公里。
大姚县是著名的“中国核桃之乡”，中国首个核桃生物产业基地，西南核桃交易中心 ，并且是中国彝剧的诞生地，是中国云南省省级园林县城，素有“三乡露铜”、“五井喷盐”、“文化名邦”之说。
7.永仁县
永仁县是云南省楚雄彝族自治州下辖县，是楚雄州彝族最多的山区县，地处滇中北部，滇川要塞，是川滇经济发展云南的北大门，总面积2189平方公里。
8.元谋县
元谋县隶属云南省楚雄彝族自治州，地处滇中高原北部，面积2021.69平方公里，是中国境内发现最早的人类“元谋猿人”发现地，是“东方人类故乡”。
元谋是云南省重要的蔬菜产地，元谋蔬菜产业成为云南最大的冬早蔬菜主产区之一。
9.武定县
武定县位于楚雄彝族自治州东北部，面积3322平方公里。境内有“西南第一山”美誉的狮子山；有堪称“地球伤疤”的己衣大裂谷。
10.禄丰县
禄丰县为云南省楚雄彝族自治州的下辖县，县境位于云南省中部，总面积为3536平方公里。
由于发现世界最大规模的禄丰恐龙化石和腊玛古猿化石，禄丰被学术界誉为“恐龙之乡”、“化石之仓”、“亚洲人类发祥地”和“天然的自然博物馆”。