1871年（明治4年）7月14日、明治新政府による廃藩置県により岡山藩を受け継いで、岡山県が備前国を範囲として設けられた。 当初、現在の岡山県域には14県が設置されたが、同年12月には岡山県、深津県、北条県の3県に再編された。その後、1875年（明治8年）12月10日に備中国と備後国にあたる小田県（旧深津県）を編入し、1876年（明治9年）4月18日には、備後国6郡を広島県に移管、美作国にあたる北条県を合わせた。岡山県の境域はこれ以後1963年（昭和38年）に和気郡日生町（現：備前市）東部の福浦地区（寺山を除く）を兵庫県赤穂市に移管して以来、現在まで特に変更はない。

県の政庁は岡山市に置かれ、鉄道網の整備や旧制第六高等学校・旧制岡山医科大学(岡山藩医学館を文部省が引き継ぐ)等の教育機関の設立なども相まって山陽地方の拠点として発展をみせた。また、政財界に優れた人材を輩出し、特に自由民権運動では片山潜や後に首相となる犬養毅や平沼騏一郎をはじめとして多くの運動家・政治家を、経済界では第一生命創業者の矢野恒太らを世に送り出した。

戦前の産業は農業が主であり、南部では児島湾干拓によって稲作面積を拡大して生産性を向上させ、イグサ・綿花栽培や丘陵地での果樹栽培が行われる一方、北部では養蚕が盛んに行われた。瀬戸内海に面した児島地区（倉敷市）では塩田開発が江戸末期から明治にかけて盛んになり、地元の名家である野崎家が財をなした。

1870年代以降になると近代工業として製糸工場が県内に次々と立地した。倉敷紡績（現：クラボウ）は全国有数の製糸企業に成長し、また倉敷紡績の大原孫三郎によって倉敷絹織（現在のクラレ）、紡績を支える中国水力電気会社（現在の中国電力）なども設立された。この時代の繊維産業の発展が現在の倉敷市のジーンズ、学生服の隆盛の元になっている。大原は実業のかたわら、大原美術館、倉敷中央病院、農業や社会問題の研究所などを設立したり、石井十次の孤児養育事業を支援するなど、現在のことばでいうメセナ事業を行った。

1891年に山陽鉄道（現在のＪＲ山陽線）が岡山を経由して広島県尾道まで開通し、その後もいくつかの私鉄路線が開通した（鉄道の項参照）。これらのうち主要なものは後に国鉄に組み入れられた。

第一次大戦後には重化学工業が発達し、柵原では鉱山が開かれ、玉野では造船業が活況を呈するようになった。

経済の発展で中間市民層が厚みを増したことから、その求めにより中等教育、高等教育の充実が図られた。特に公立・私立の女学校が次々に設立され、全国的に見ても女子の中等教育の盛んな県となった。

しかしながら、第二次世界大戦が勃発し、戦争末期の1945年（昭和20年）6月には航空機工場のあった倉敷市水島地区と岡山市がアメリカ軍による大規模な空襲を受けた。岡山市では空襲により中心部がほとんど壊滅し、1700人以上の市民が犠牲となった。