涇源是一片古老的熱土。上古時期，以遊牧部落為主體的諸多少數民族，在六盤山下、涇水源頭這片潮濕、綠色的土地上，建立了最早的家園。曆史延續千年，朝代更迭變換，涇源在曆史上曾經擁有烏氏、安化、化平等縣治名稱，先後隸屬於北地郡、安定郡、原州、秦鳳路、平涼郡及渭州等。先秦時期，涇源及周邊地區基本為戎狄部落遊牧居住區。春秋戰國時期，周天子名存實亡，各諸侯國之間戰事激烈。秦惠文王時期，秦設置烏氏縣，屬北地郡，為涇源縣曆史建置之發端。
公元前221年，秦王嬴政建立了中國曆史上第一個中央集權製的封建王朝——秦。秦在北地郡設置北地都尉，統領北地郡兵馬，烏氏縣（縣址在今涇源縣北部瓦亭）屬之。秦朝還在北地郡烏氏縣設瓦亭關，駐軍防守。
漢武帝元鼎三年（前114年），析北地、隴西兩郡地另置安定郡，郡治在高平（今固原市原州區）。烏氏縣設有縣尉，瓦亭、蕭關設關都尉，領軍駐守。
東漢光武帝時，針對當時匈奴威脅減輕的形勢，采取“罷兵”措施，先後罷去郡都尉、關都尉和邊郡吏卒，烏氏縣、瓦亭關兵力減少。
三國時期，戰爭不斷，最終形成魏、蜀、吳三國鼎立局麵。當時，烏氏縣（今涇源縣）屬魏，設縣尉。
兩晉時期，匈奴、鮮卑、羯、氐、羌等少數民族大量占據西北地區，但今涇源地區仍屬晉，為都盧縣地。西晉武帝泰始元年（265年），烏氏縣屬雍州安定郡。
東晉五胡十六國混戰時期，涇源北部烏氏縣屬雍州安定郡，東南部屬隴東郡，先後為前趙、後趙、前秦、後秦和夏所占據。
南北朝時期，南、北形成兩大政治勢力：南方曆宋、齊、梁、陳四朝，統稱南朝；北魏統一北部地區，統稱北朝。北魏時，涇源屬隴東郡，歸涇陽縣管轄。
隋、唐、五代屬華亭縣地。隋朝設郡、縣兩級，全國設190郡。郡置太守，主管民政，另置都尉、副都尉，掌握一郡之兵。涇源縣大部屬原州（後改稱平涼郡，治高平縣），東南小部分屬安定郡華亭縣。隋文帝時，在邊境及內地重要的州設總管，負責該地區的軍事。全國共有52個總管府，原州（今固原原州區）為其一。今涇源境內大部歸原州總管府所轄。
唐朝行政設州、縣兩級製，又根據山川形勢，分全國為十道（唐玄宗改為十五道），涇源屬關內道的原州。唐高祖武德七年（624年），改行都督製，今涇源縣境均屬原州中都督府。755年，“安史之亂”起，唐朝與吐蕃戰爭不斷。唐設置“原州七關”，今涇源縣境內有六盤關、驛藏關、木靖關、製勝關。唐德宗建中四年（783年），唐蕃清水會盟的東西分界線之一即是彈箏峽口。
五代十國時期，今涇源地區先後歸屬後梁、後唐、後晉、後漢、後周。
宋朝安化縣屬秦鳳路（治秦州，即今甘肅天水市），慶曆元年（1041年）分秦鳳路置涇原路，遂改隸涇原路（治涇州城，今甘肅涇川縣北）。繼之，又複隸秦鳳路，屬渭州（治今甘肅平涼市）。北宋乾德二年（964年），分割華亭縣轄地設置安化縣，治安化峽（今涇源縣新民鄉楊堡村）。熙寧五年（1072年）廢儀州，改屬渭州平涼府。熙寧七年（1074年），唐製勝關廢棄，移安化縣於關地（今涇源縣城西2公裏永豐村南），安化縣舊地改設安化鎮。南宋時歸入金，金大定七年（1167年），改稱化平縣。
元朝時，廢化平縣並入華亭縣。1206年，漠北蒙古部落日漸強大，其首領鐵木真被推選為大汗，號成吉思汗。1279年，元統一中國，史稱元朝。涇源北部與安西王府連接，駐有安西王軍隊，同時還有大量的屯田軍隊。元太祖成吉思汗至世祖忽必烈70年間，六盤山地區一直受到重視，成吉思汗、忽必烈及其所領軍隊都先後在六盤山地區駐紮、避暑。