遼屬西京道奉圣州。元屬中書省。清屬獨石口廳。民國初年為獨石縣。1915年改沽源縣，因沽水（今名白河）發源于縣南九龍泉而得名。1948年改寶源縣，1958年并入張北縣，1961年復置沽源縣。

1996年，沽源縣面積3654平方千米，人口22.4萬，轄3個鎮、10個鄉、1個民族鄉：平定堡鎮、黃蓋淖鎮、小廠鎮、九連城鄉、長梁鄉、小河子鄉、白土窯鄉、高山堡鄉、豐源店鄉、二道渠鄉、閃電河鄉、西辛營鄉、蓮花灘鄉、大二號回族鄉。縣政府駐平定堡鎮。

2000年第五次人口普查，沽源縣常住總人口177143人，其中：平定堡鎮42804人，小廠鎮10841人，黃蓋淖鎮13602人，高山堡鄉7537人，小河子鄉12813人，二道渠鄉8430人，大二號回族鄉2502人，閃電河鄉9769人，長梁鄉9832人，豐元店鄉7838人，西辛營鄉12145人，蓮花灘鄉5358人，白土窯鄉11918人，九連城鄉16912人，沽源牧場4842人。

2001年末，全縣面積3654平方千米，人口22.98萬人。2002年，全縣轄4個鎮、9個鄉、1個民族鄉、2個牧場，8個社區、233個行政村。縣政府駐平定堡鎮。

2003年末，全縣面積3599平方千米，人口22.6萬人。2004年末，全縣轄4個鎮、10個鄉，5個居委會、233個行政村。

2010年第六次人口普查，沽源縣常住總人口174619人，其中：平定堡鎮54944人，小廠鎮10082人，黃蓋淖鎮10135人，九連城鎮13654人，高山堡鄉6322人，小河子鄉11032人，二道渠鄉8137人，大二號回族鄉2624人，閃電河鄉9155人，長梁鄉8772人，豐源店鄉7402人，西辛營鄉11138人，蓮花灘鄉4735人，白土窯鄉10127人，榆樹溝4856人，沙梁子439人，小城子631人，東大門434人。