Osmanlı İmparatorluğu döneminde, şu anki Adıyaman iline bağlı olan Kâhta ilçesine aitti. Ancak daha sonra Elazığ iline, Cumhuriyetin kuruluşundan sonra da Malatya iline bağlandı. Malatya'ya 90 km mesafede bulunan Doğanyol, doğuda Diyarbakır'ın Çüngüş ve Çermik ilçeleri, batıda Pütürge ilçesi, güneyde Adıyaman'ın Gerger ilçesi, kuzeyde ise Elazığ'ın Sivrice ilçesi ile komşu.
İlçenin yüzölçümü 233 km2'dir, ancak Yamaç, Örencik ve Köklükaya köyleri 1992 yılında ilçeden ayrılarak Pütürge ilçesine bağlanmıştır. Doğanyol'un 1 belediyesi, 16 mahallesi ve 26 mezrası bulunmakta. İlçede genel olarak tarıma dayalı bir çalışma hayatı bulunuyor ve okuma yazma oranı her yıl artmakta.
Tarihi açıdan zengin olmasına rağmen kayda değer tarihi eserlere sahip olmayan Doğanyol'un bağlı mahalleleri şunlardır: Çolak, İshak, Akkent, Behramlı, Burç, Damlı, Gevheruşağı, Gökçe, Gümüşsu, Koldere, Konurtay, Mezra, Poyraz, Ulutaş, Yalınca, Yeşilköy.
24 Ocak 2020 depremlerinden sonra Doğanyol’da başlayan kentsel dönüşüm çalışması sonrası ilçe yeni iki katlı evleri ile modern bir ilçe görünümüne kavuştu.