据《禹贡》载：天下分为九州，渭源处古雍州之地。

秦始皇统一六国后，陇西郡辖九县，渭源为陇西郡管辖。

汉高祖二年（前205年），陇西郡分置首阳县，因境内有商末周初伯夷、叔齐避居采薇之首阳山而得名。

西魏文帝大统十七年（551年）改首阳县为渭源县，兼置渭源郡，县治由原首阳县迁至今渭源县城东北老龙亭。

唐高祖武德二年（619年），废除郡制，渭源县属渭州，隶属秦州总管府。

宋神宗熙宁五年（1072年），秦凤路安抚使王昭筑渭源堡，后降县渭堡，称渭源堡。

元世祖至元十三年（1276年），升渭源堡为渭源县，属陕西行中省巩昌路临洮府，府治狄道。

清初，沿用明治，由陕西省分设甘肃省，渭源县属甘肃临洮府。

中华民国2年（1913年），废府为道，实行省、道、县三级制。新设兰山道，渭源属兰山道。民国16年（1927）废道，设省县两级，渭源直属甘肃行省。民国25年（1936），甘肃省设行政督察专员公署，渭源属第一区公署管辖，专署驻地临洮县。两年后，专署驻地迁岷县。民国33年（1944）12月，甘肃省增设第九区行政督察专员公署，专署驻地临洮县，渭源属其管辖。

1949年8月，渭源、会川相继解放后，两县隶属岷县专区。1950年岷县专区撤销，渭源划归定西专区管辖。1952年12月，国务院批准撤销渭源县，合并于陇西县，将原会川县区域分别划归临洮、漳县。1961年12月15日，国务院决定恢复渭源县，属临洮专区。1963年12月撤销临洮专区后，渭源县划归定西专区管辖。

2003年由定西市管辖。