1234. aastast Saare-Lääne piiskopil kuulunud kihelkond liideti 1254. aastal Liivimaa Ordu Maasilinna foogtkonnaga. 1522. aastal mainiti esmakordselt Pwyeleppa (Poyleppa) Püha Laurentiuse kirikut. Seitsme eesti ja kahe rootsi vakusega kihelkonna keskus asus Suuremõisa ordumõisas. Rootsi ajal läänistati mõis De la Gardie´dele. 1796. aastal panditi Suuremõisa ametimõis parun Otto Reinhold von Ungern-Stenbergile, keda eesti kirjanduses tuntakse „randröövlina”. Nimelt olevat ta laevade karidele juhtimiseks kasutanud valemajakat. Oma rootslasest kipri tapmise ja laevade röövimise eest saadeti mõisnik 1804. aastal Siberisse. 1816. aasta talurahvaseadusega asutati kihelkonnas üheksa mõisavalda ning 1848. aastal moodustati veel Kärdla kalevivabriku tööliste vabrikuvald. 1889. aasta seaduse alusel liideti Kärdla, Loja, Vilivalla, Suuremõisa, Partsi, Soonlepa, Hiiesaare ja Randvere mõisavallad Suuremõisa vallaks.
I maailmasõja ajast 1921. aastani kuulus valla koosseisu veel Kärdla vabrikuvald. 1938. aastal nimetati Suuremõisa vald Pühalepa vallaks. 1945. aastal moodustati vallas Pühalepa, Palade ja Suuremõisa külanõukogud, 1950. aastal vald likvideeriti. 1954. aastal taasliideti külanõukogud.
9. veebruaril 1990 otsustati taastada omavalitsus. See teostus 24. oktoobril 1991.
Vallavolikogu valitud vapi sinisel kilbil on kuldsete veeranditega hõbedane ratasrist hõbedases raamis ning jalusväljal hõbedane liilia.
Raamitud ratasrist kujutab Pühalepa Laurentiuse kiriku akent. Liilia pärineb vallale tuntust toonud Ungern-Sternbergide perekonnavapilt.