泾源建县始于北宋乾德二年（公元964年），时名安化县，自华亭县析置。此后，县名及隶属关系曾多次变更。

1950年9月，以其为泾河发源地而改今名。

春秋时为乌氏戎居地，战国、秦朝时属北地郡乌氏县。汉承秦制，武帝时属安定郡乌氏县。

西晋时属雍州安定郡都卢县，东晋属雍州陇东郡泾阳县。隋时以泾河南北分属安定郡华亭县。宋设安化县，属渭州（今平凉）。

金大定七年（1167年），改安化县为化平县，属平凉府。元初废化平县，并归华亭县，属陕西行中书省平凉府。

明属陕西布政使司平凉府。

清初袭明制，同治十年（1871年）划平凉、固原、华亭、隆德四州县地，迁徙当地土著汉民，安插陕甘回民起义9480余名回民于此，置化平直隶厅，属平庆泾固化道。

，设化平川直隶厅时，下辖化临（今香水镇、园子乡）、香水（今惠台乡、黄花乡）、圣谕（今兴盛乡）、白面（今白面镇、东峡乡）4里66村。

中华民国二年（1913年），改化平直隶厅为化平县，恢复了900多年前的县名，属甘肃省泾源道，后归陇东专区。三年（1914年）改设东、西、南、北、中5个区。九年（1920年）又恢复为4里。十六年（1927年），改原4里为4个区，名称不变。二十五年（1936年），改设原4区为1镇（化临镇）3乡（香水、泾源、白面）。之后，又改为黄花、泾北、泾南3个区。二十八年（1939年），3个区合并为2个区，原化临里、香水里地区合并为第一区，原圣谕里、白面里地区合并为第二区。三十年（1941年），改2区为面泉（今香水镇）、崇义（今黄花乡）、惠家（今惠台乡）、圣谕（今兴盛乡）、白面（今白面镇）、泾源（今东峡乡）等6个乡。三十一年（1942年），又将6乡改为白泉、泾南2镇和泾北、黄花2乡，共辖27保、254甲。

1949年8月，泾源县解放。

1949年，泾源县设为泾南、泾北、白泉、黄花4个区，下辖16个乡。

1950年5月，改化平县为泾源县，属平凉专区。

1953年推行民族区域自治政策，改为泾源回族自治区。

1955年5月，又改称泾源回族自治县。冬，3个区撤销，并撤销了双营、金家、红峡、西峡4个乡。

1957年，华亭县山寨区的新民、石嘴2乡划归泾源县。此时，全县辖新民、涝池、兴盛、城关、沙塘、石嘴、白面、园子、黄花、惠台、东峡、河北、桥关、红土等14个乡。

1958年，宁夏回族自治区成立，泾源划归宁夏，归属固原专区，更名为泾源县。人民公社化，原白面、河北、涝池、东峡、新民、石嘴6乡组建为泾河源公社，驻白面；原城关、桥关、园子、兴盛4乡组建为红旗公社，后改为泾北公社，驻城关；原沙塘、黄花、惠台、红土4乡组建为跃进公社，后改为黄花公社，驻华兴。

1961年4月，增置新民（驻羊堡）、兴盛、惠台3个公社。

1967年，泾河源、泾北、兴盛、黄花、惠台5个公社分别更名为红卫、红旗、东方红、东风、星火公社，

1970年，恢复原名。

1970，年固原专区改为固原地区，泾源县属固原地区。现属固原市

1983年6月，自治区将银川市郊区和永宁县相连的芦草洼划为泾源县的移民基地。12月，泾源县在此设置了铁东、铁西2个乡。

1984年，公社体制改革，所有公社改为乡。

1990年，撤销泾北乡，分设香水镇和园子乡；撤销泾河源乡，分设为白面镇和东峡乡。至此，全县共辖香水、白面2镇和新民、东峡、园子、黄花、惠台5乡。

2000年，泾源县辖2个镇、6个乡。

2003年，将固原市原州区的大湾乡、蒿店乡、什字路镇划归泾源县。

2006年，辖3个镇、4个乡。县人民政府驻香水镇。