Історичним попередником Хмельницького апеляційного суду був Кам’янець-Подільський окружний суд Кам’янець-Подільської губернії Російської імперії, який діяв в губернському місті Кам’янець-Подільський з населенням станом на 1905 рік 40 540 людей (в тому числі православних – 12 971, католиків – 6 707, лютеран – 126, євреїв – 20 207, кореян – 3, мусульман – 25).
Після революції адміністративний устрій України неодноразово змінювався, але лише в жовтні 1937 року була створена постановою РНК від 22.09.1937 року Кам’янець-Подільська область з центром в м. Кам’янець-Подільському. Тоді ж був утворений Кам’янець-Подільський обласний суд, який діяв в м. Кам’янець-Подільському.
У 1941 році адміністративний центр області був перенесений в повітове місто Проскурів зі збереженням найменування Кам’янець-Подільська область. Повноцінно обласний суд в м. Проскурів запрацював лише після звільнення міста від німецько-фашистських загарбників 25.03.1944 року.
Відповідно до Указу Президії Верховної Ради СРСР від 16 січня 1954 року у зв’язку із трьохсотліттям Переяславської ради, місто Проскурів було перейменовано в місто Хмельницький, а Кам’янець-Подільська область – у Хмельницьку область. У вересні 1954 року у зв’язку із перенесенням обласного центру до м. Хмельницького Кам’янець-Подільський обласний суд перейменований у Хмельницький обласний суд Української РСР.
Згідно із Законом України від 21 червня 2001 року №2531 „Про внесення змін до Закону України „Про судоустрій України” обласні суди перетворено у апеляційні суди, а Хмельницький обласний суд отримав назву – апеляційний суд Хмельницької області.
Першим головою Кам’янець-Подільського обласного суду в 1937 році був призначений суддя Кагановський. Після війни посаду голови обласного суду послідовно далі посідають: Олександр Федорович Блискавка (1945-1960 рр.), Павло Дмитрович Чауш (1960-1979 рр.), Іван Степанович Мотревич (1979-1996 рр.). З 1996 року головою Хмельницького обласного суду, а з 2001 року – апеляційного суду Хмельницької області призначено Олексія Миколайовича Леванчука. З лютого 2012 року по вересень 2016 року головою Апеляційного суду Хмельницької області був Віктор Панасович Ковтун. З 8 вересня 2016 року головою Апеляційного суду Хмельницької області обрано Анатолія Миколайовича Марцинкевича. 4 травня 2018 року збори суддів новим очільником суду обрали Сергія Миколайовича Болотіна.
Указом Президента України №452/2017 від 29 грудня 2017 року "Про ліквідацію апеляційних судів та утворення апеляційних судів в апеляційних округах" ліквідовано Апеляційний суд Хмельницької області і створено Хмельницький апеляційний суд в апеляційному окрузі, що включає Хмельницьку область, з місцезнаходженням у місті Хмельницькому.
2 жовтня 2018 року збори суддів головою Хмельницького апеляційного суду обрали Сергія Болотіна. Офіційно новостворений суд запрацював з 3 жовтня 2018 року.
2 квітня 2021 року збори суддів обрали головою Хмельницького апеляційного суду Тетяну Спірідонову.
10 квітня 2024 року збори суддів обрали головою Хмельницького апеляційного суду Сергія Болотіна.