浑源夏商时属冀州。西周时以恒山镇属并州。春秋时属代国。

秦始皇始置县，称为崞县，属雁门郡。不久改称平舒，属代郡。

西汉时，平舒县废，复置崞县，属恒山郡。王莽新朝期间，改为崞张县，仍属常山（即恒山）郡。东汉恢复崞县名，三国沿袭之。

北魏时迁都平城（即今大同），为京城内地，改名石城县，属神武郡。天兴元年，改称崞山县。东魏时，改为廊州。北齐时，又改为北显州。

隋初，北显州改称平寇县，后又改回崞县。唐时始称浑源，为因浑河发源于县境内。

五代晋县随州入辽仍为浑源县。

金贞祐二年（1214）于县置浑源州。

元初改浑源县为恒阴县，

属西京（即大同），不久，又复用浑源州。

明清时俱称浑源州，均属大同府。

民国元年五月改为浑源县，后属雁门道。抗日战争时期县境南北山区均为抗日根据地，属晋察冀边区。

1937年，属山西省第一行政督察专员公署。

1939年，属晋察冀边区政府察南雁北办事处。

1940年至1945年，先后属晋察冀边区政府二、五、一专署。

1945年浑源县解放。

1947年属察哈尔省雁北专署。

1952年重归山西省。属山西省雁北专署，后改山西省晋北专署，山西省雁北地区行政公署。

1993年雁北地区与大同市合并，属大同市辖县。