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，置化平川直隶厅，属平庆泾固化道。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。
中华人民共和国建立后，甘肃省于1950年改化平县为泾源县，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。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。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。