秦初，分全国为三十六郡。当时，陇西郡实际控制着包括今湟源在内的青海东部地区。
汉宣帝神爵二年（公元前60年）设立临羌县，湟源属临羌县地，归金城郡。
曹魏期间，因军事需要，县治移驻湟水北岸。湟水是黄河上游的重要支流，《汉书》谓“湟水出金城临羌塞外，东入河”。湟源即：“湟水源头”之意，从后来在湟源境内发掘的青铜时代遗存的卡约文化和湟水下游发现的“仰韶文化”，足以说明湟水流域同祖国的中原一样，具有悠久而灿烂的历史。
公元4年，王莽在高原明珠青海湖以东设西海郡（辖湟源地区）。公元23年王莽政权崩溃，西海郡随之废弃，羌人复占湟源。
三国（220--265年）曹魏政权时设立西平郡，依西平亭，增筑南、北、西三城，以为郡治，湟源复属临羌县地。
西晋时（265--420年）先后建立前凉、后凉、南凉等地方割据政权，控制了今湟源及其以东的湟水流域地区。
隋开皇五年（581年），在石堡山（今日月乡哈城村）修筑石堡城，设戍屯兵，吐蕃人称铁刃城。《读史方舆纪要》中写道：“石堡城（今指哈城）西三十里有山，山石皆赤。北接大山，南依雪山，号曰赤岭”（赤岭即今日月山）。日月山之所以驰名中外，一是它具有神奇瑰丽的迷人色彩，同时也因文成公主汉藏和亲成为汉藏人民友谊的象征，民族文化交流的见证；
唐（618--907）划全国为十道，废西平郡，置鄯州都督府，湟源为鄯城县地。唐开元二十二年（734年）改为吐蕃属地，湟源成为中国历史上有名的“茶马互市”，遂立碑于赤岭（日月山），以分唐与吐蕃界，从此，商贸交易频繁，成为中原通往牧区和西藏的要塞，有“日月山界限中外”之说，著名的“海藏咽喉”、“海藏通衢”之称因此得名。
湟源不仅是军事、外交等方面的要冲，同时也是经济文化的枢纽，名噪一时的“环海商都”就是今日的湟源。宣宗大中五年（851年），沙州（今甘肃敦煌）汉人张义潮起义，恢复河西走廊，甘肃和青海东部又回到唐朝的管辖之下。五代十国（907--960年）期间吐蕃贵族失去对青海东部的控制，南宋、西夏期间湟源曾一度为金人和西夏所控制。
元（1227--1253年）宋理宗宝庆三年，成吉思汗亲率大军，攻克西宁州，湟源属元西宁州地。
明（1368-
-1644年）洪武五年改西宁州为西宁卫，湟源为西宁卫地。明末，湟源属李自成农民军大顺政权西宁防御使管辖。
清雍正元年（1723年）蒙古亲王罗布藏丹津起事，曾以湟源为据点，进行反清活动，后经清抚远大将军年羹尧所奏，特准“以日月山为集，不准擅移”。
雍正五年（1727年）筑丹噶尔（湟源县城）城，乾隆九年（1744年）经西宁道佥事杨应琚以丹噶尔路通西藏，逼近青海，为汉、土、回、藏、蒙及蒙准噶尔往来交易之所为由，向清政府上奏，后特准“一切交易，俱在丹城，毫无他泄”，因此，湟源被誉为“小北京”。道光年间，因湟源海藏通商，中外咽喉，特设立丹噶尔厅，属西宁府。
民国（1912--1949年）二年，西宁府改为西宁兵备道，丹噶尔厅改为湟源县。
民国十八年（1929年），青海从甘肃省分出，成立青海省政府，辖西宁、大通、湟源、循化、化隆七县及青海蒙藏地区。
1949年9月9日湟源解放。
1949年10月至1978年9月，湟源为省直属县。
1978年10月9日，海东地区成立，辖湟源县。
1999年12月5日，湟源正式划归省会西宁市管辖。
