县因东晋陶渊明名篇《桃花源记》所述及的桃花源故名。《大明一统志》指出：“以其地有桃花源，故名。”一说县西南有桃沅山，即陶渊明《桃花源记》所记地，故名。
春秋属楚国。秦属黔中郡地，汉属临沅县。东汉建武二十六年（50）划入沅南县，属武陵郡。宋乾德元年（963）析武陵县置桃源县，属常德府。元代元贞元年（1295）升为州，属常德路。明洪武二年（1369）再改县，属常德府。民国先后属武陵道、辰沅道、第四行政督察区，1949年属常澧专区，1950年属常德专区，1968年属常德地区，1988年4月属常德市。
1984年春，全县公社改为乡，大队改为行政村，生产队改为村民小组； 8月13日，设立桃花源、黄石、三阳港、西安、沃溪等5个建制镇（其中沃溪镇于1986年12月随同湘西金矿的行政划归沅陵县管辖）。1986年1月，撤销枫树乡、茅草街乡，设立枫树维吾尔族回族乡、青林回族维吾尔族乡。
1995年，桃源县撤销9个区公所，将原有59个乡镇调整为8个镇、32个乡（其中2个民族乡）：漳江镇、三阳港镇、西安镇、沙坪镇、陬市镇、桃花源镇、黄石镇、漆河镇、九溪乡、木塘垸乡、马鬃岭乡、牛车河乡、太平桥乡、太平铺乡、车湖垸乡、双溪口乡、龙潭乡、寺坪乡、观音寺乡、兴隆街乡、芦花潭乡、佘家坪乡、杨溪桥乡、枫树维吾尔族回族乡、泥窝潭乡、青林回族维吾尔族乡、郑家驿乡、牯牛山乡、架桥乡、钟家铺乡、茶庵铺乡、郝坪乡、热市乡、凌津滩乡、浯溪河乡、理公港乡、黄甲铺乡、剪市乡、深水港乡、盘塘乡。总面积4441平方千米，总人口约96.6万人，县政府驻漳江镇。
2000年第五次人口普查，桃源县常住总人口932771人，其中（15个镇、25个乡），漳江镇112497人，陬市镇53587人，盘塘镇21096人，热市镇29628人，黄石镇19970人，漆河镇55412人，理公港镇15568人，观音寺镇23264人，龙潭镇27675人，三阳港镇23407人，剪市镇24384人，茶庵铺镇24717人，西安镇14443人，沙坪镇16697人，桃花源镇29351人，青林乡22310人，车湖垸乡15554人，枫树乡30403人，木塘垸乡34059人，架桥乡30933人，马鬃岭乡21398人，双溪口乡23681人，郝坪乡10969人，九溪乡21674人，黄甲铺乡16771人，钟家铺乡15568人，牛车河乡13196人，余家坪乡21183人，太平桥乡15885人，浯溪河乡13810人，深水港乡19883人，泥窝潭乡17509人，凌津滩乡17625人，兴隆街乡11546人，太平铺乡10670人，牯牛山乡6625人，杨溪桥乡10759人，寺坪乡12954人，郑家驿乡12970人，芦花潭乡13140人。
2002年8月15日，湖南省民政厅湘民行发[2002]12号文件批准，撤销凌津滩乡、马鬃岭乡、架桥乡，设立凌津滩镇、马鬃岭镇、架桥镇。调整后，桃源县辖18个镇、22个乡（其中2个民族乡）：漳江镇、陬市镇、盘塘镇、热市镇、黄石镇、漆河镇、理公港镇、观音寺镇、龙潭镇、三阳港镇、剪市镇、茶庵铺镇、西安镇、沙坪镇、桃花源镇、架桥镇、马鬃岭镇、凌津滩镇、青林回族维吾尔族乡、车湖垸乡、枫树维吾尔族回族乡、木塘垸乡、双溪口乡、郝坪乡、九溪乡、黄甲铺乡、钟家铺乡、牛车河乡、佘家坪乡、太平桥乡、浯溪河乡、深水港乡、泥窝潭乡、兴隆街乡、太平铺乡、牯牛山乡、杨溪桥乡、寺坪乡、郑家驿乡、芦花潭乡。共有43个居委会、828个行政村。2004年底，全县总人口971170人。
2010年第六次人口普查，桃源县常住总人口853662人，其中，漳江镇121377人，陬市镇51155人，盘塘镇19942人，热市镇26041人，黄石镇16600人，漆河镇50392人，理公港镇14989人，观音寺镇20512人，龙潭镇22618人，三阳港镇21913人，剪市镇20437人，茶庵铺镇22414人，西安镇13168人，沙坪镇14854人，桃花源镇26340人，架桥镇26307人，马鬃岭镇19272人，凌津滩镇17248人，青林回族维吾尔族乡21242人，车湖垸乡15335人，枫树维吾尔族回族乡27087人，木塘垸乡27870人，双溪口乡21840人，郝坪乡9458人，九溪乡18861人，黄甲铺乡15073人，钟家铺乡13086人，牛车河乡11424人，佘家坪乡17230人，太平桥乡14164人，浯溪河乡12000人，深水港乡18089人，泥窝潭乡15807人，兴隆街乡10474人，太平铺乡9203人，牯牛山乡4822人，杨溪桥乡9554人，寺坪乡11835人，郑家驿乡11169人，芦花潭乡12460人。
2011年，湖南省民政厅（湘民行发[2011]7号）批复同意：将漳江镇的凤麒、龙坪、甘潭3个行政村和剪市镇的张家湾、广福殿、白麟洲3个行政村划归桃花源镇管辖。行政区划调整后，桃花源镇辖2个社区、36个行政村，总面积142.48平方千米，总人口3.87万人，镇政府驻地不变；漳江镇辖16个社区、31个行政村，总面积125.06平方千米，总人口12.04万人，镇政府驻地不变；剪市镇辖2个社区、25个行政村，总面积92.68平方千米，总人口2.19万人，镇政府驻地不变。同年，桃源县实施村级区划调整。调整后，行政村数量由823缩减为361个，平均合并幅度达55%。本年末，全县总人口98.8万人，其中农业人口83.5万人，非农业人口15.3万人。
2015年11月20日，省民政厅（湘民行发[2015]55号）批复同意：车湖垸乡、深水港乡、漳江镇成建制合并设立漳江镇。郝坪乡、热市镇成建制合并设立热市镇。钟家铺乡、理公港镇成建制合并设立理公港镇。黄甲铺乡、漆河镇成建制合并设立漆河镇。太平铺乡、茶庵铺镇成建制合并设立茶庵铺镇。芦花潭乡、沙坪镇成建制合并设立沙坪镇。太平桥乡、三阳港镇成建制合并设立三阳港镇。兴隆街乡、凌津滩镇成建制合并设立夷望溪镇。浯溪河乡、青林回族维吾尔族乡成建制合并设立青林回族维吾尔族乡。牯牛山乡、杨溪桥乡成建制合并设立杨溪桥乡。寺坪乡、郑家驿乡成建制合并设立郑家驿乡。调整后，桃源县辖18个镇、10个乡（其中2个民族乡）：漳江镇、陬市镇、盘塘镇、热市镇、黄石镇、漆河镇、理公港镇、观音寺镇、龙潭镇、三阳港镇、剪市镇、茶庵铺镇、西安镇、沙坪镇、桃花源镇、架桥镇、马鬃岭镇、夷望溪镇、青林回族维吾尔族乡、枫树维吾尔族回族乡、木塘垸乡、双溪口乡、九溪乡、牛车河乡、佘家坪乡、泥窝潭乡、杨溪桥乡、郑家驿乡。总面积4442.3平方千米，总人口97.8万人。县政府驻地不变（漳江镇文昌东路004号）。