洱源即洱海之源，因高原明珠洱海发源于此而得名。西汉属益州郡叶榆县。东汉属益州永昌郡叶榆县。三国蜀汉属益州云南郡叶榆县。西晋至南朝梁属宁州云南郡叶榆县。北朝周属南宁州。隋属南宁州总管府。唐麟德元年（644）设治，境内置浪穹、邓备、舍利等州，六诏中境内有浪穹、邓赕、施浪，属剑南道姚州。南诏国时为浪穹州，属剑川节度。宋大理国时分属宁北赕、邓赕、凤羽郡。
元宪宗七年（1257）置浪穹、德源两个千户所（浪穹千户所后改置浪穹州），隶大理上万户府。至元十一年（1274）置邓川州，领浪穹县，凤羽县，隶大理路。明洪武十五年（1382）设邓川州，裁凤羽县入浪穹县设凤羽乡巡司；邓川州领浪穹县，隶大理府。清沿明制，顺治初年浪穹县改直属大理府，雍正八年（1730）7月大理府属迤西道。
民国2年（1913）4月，浪穹县改称洱源县，邓川州改为邓川县。同年迤西道改为滇西道，民国三年（1914）滇西道改为腾越道，洱源、邓川县均属之。民国18年（1929），废腾越道，洱源、邓川县直属省。民国37年（1948），洱源县属云南省第十行政督察区（驻鹤庆县），邓川县属第十一行政督察区（驻大理县）。民国38年（1949），洱源县属第十行政督察区（驻鹤庆县），邓川县属第八行政督察区（驻姚安县）。
1950年，洱源县、邓川县属大理专区。1951年2月19日，大理专员公署批准，将云龙县第六行政村第七自然村之花椒树、立庄登等18个小村划归洱源县。1953年10月，原属邓川县的大会庄乡，面积1.25平方千米划归宾川县；12月，原属宾川县的火山乡、双廊乡、长育乡划归洱源县。1956年11月16日国务院全体会议第40次会议决定：撤销大理专区，设置大理白族自治州，洱源、邓川县属大理州。
1960年9月13日，国务院全体会议第103次会议通过：撤销洱源、邓川2县，将原洱源、邓川2县的行政区域并归剑川县，县城设在牛街区三营（1958年10月撤并）。1960年永平县云龙片长新公社新罗地区（13个自然村，面积76平方千米，人口228户、903人）划归剑川县洱源片乔后公社。1962年3月27日，国务院全体会议第115次会议决定：恢复洱源县，以合并于剑川县的原洱源、邓川2个县行政区域为洱源县的行政区域，并将原属剑川的乔后、源安邑等划归洱源县（1961年9月分设）。
1984年4月，公社改区，大队改乡镇，全县设11个区，下辖11个镇和101个乡。1985年12月，将右所区的旧州乡、新州镇、腾龙乡，以及江尾区的中和乡划出，成立邓川镇（区级镇）。1988年6月，区改乡镇，小乡镇改为村公所、办事处，全县设12个乡镇、87个村公所和22个办事处。1993年，牛街乡红星村民迁至勋庄等地，三营乡增设新龙村公所。
1996年，洱源县面积2880平方千米，人口约31万人。辖3个镇、9个乡：玉湖镇、乔后镇、邓川镇、双廊乡、江尾乡、右所乡、三营乡、牛街乡、茈碧乡、凤羽乡、炼铁乡、西山乡。县政府驻玉湖镇。
2000年，村公所、办事处改建为村民委员会；8月，右所乡撤乡设镇；9月，凤羽乡撤乡设镇；同年，江尾、三营、双廊3乡撤乡设镇。至此，洱源县辖8个镇、4个乡：玉湖镇、双廊镇、江尾镇、邓川镇、右所镇、三营镇、凤羽镇、乔后镇、牛街乡、茈碧乡、炼铁乡、西山村，共有110个行政村。
2000年第五次人口普查，洱源县常住总人口315003人，其中：玉湖镇27577人，双廊镇17067人，江尾镇37988人，邓川镇15486人，右所镇50026人，三营镇42948人，凤羽镇28487人，乔后镇20233人，牛街乡22478人，茈碧乡19100人，炼铁乡21239人，西山乡12374人。
2002年9月，玉湖镇的玉湖、九台两个行政村改为社区。2004年1月1日，原洱源县江尾镇和双廊镇划归大理市管辖，江尾镇更名为上关镇（省政府2003年12月22日批准）。至此，洱源县辖6个镇、4个乡，88个行政村、2个社区。
2005年12月，撤销茈碧乡，其行政区域并入玉湖镇，并将三营镇永联村委会划归玉湖镇管辖，同时将玉湖镇更名为茈碧湖镇，镇政府驻原玉湖镇政府驻地（省政府2005年10月24日批准）。
2006年，洱源县面积2961平方千米，人口27.47万人。辖6个镇、3个乡：茈碧湖镇、邓川镇、右所镇、三营镇、凤羽镇、乔后镇、牛街乡、炼铁乡、西山乡。共有2个居委会、88个行政村。
2010年第六次人口普查，洱源县常住总人口268313人，其中：茈碧湖镇56246人，邓川镇17730人，右所镇53233人，三营镇36048人，凤羽镇27630人，乔后镇20406人，牛街乡21507人，炼铁乡22806人，西山乡12707人。
2010年末，洱源县总人口287833人，其中非农业人口21745人，占总人口数的7.55%；白族179550人，汉族87431人，彝族11642人，回族6584人，傈僳族1116人，纳西族491人，藏族328人，傣族146人，其他民族545人。辖6个镇、3个乡，88个行政村、2个社区：茈碧湖镇13个行政村、2个社区，邓川镇4个行政村，乔后镇11个行政村，三营镇10个行政村，右所镇14个行政村，凤羽镇9个行政村，牛街乡11个行政村，炼铁乡11个行政村，西山乡5个行政村。
2014年，右所镇、凤羽镇被列为全国重点镇。