Der Muldentalkreis war vor der Kreisreform in Sachsen mit Wirkung vom 1. August 2008 ein eigenständiger Landkreis im Norden des Freistaates Sachsen. Nachbarkreise waren im Norden der Landkreis Delitzsch, im Nordosten und Osten der Landkreis Torgau-Oschatz, im Südosten der Landkreis Döbeln, im Süden der Landkreis Mittweida und im Westen der Landkreis Leipziger Land.
Der Kreis war nach seinem Hauptfluss, der Mulde, benannt. Die Mulde entsteht im Süden des Landkreises aus dem Zusammenfluss von Freiberger Mulde und Zwickauer Mulde und durchfließt den ehemaligen Kreis von Süden nach Norden.
Der Landkreis entstand 1994 durch Zusammenlegung der Kreise Grimma und Wurzen. Einige Gemeinden um Bad Lausick, die anderen Kreisen angehört hatten, kamen auch zum Kreis. Zum 1. August 2008 wurde der Muldentalkreis mit dem bisherigen Landkreis Leipziger Land im neuen Landkreis Leipzig zusammengefasst.
Am 23. September 2008 erhielt die Region den von der Bundesregierung verliehenen Titel „Ort der Vielfalt“.