洱源即洱海之源，因高原明珠洱海發源于此而得名。西漢屬益州郡葉榆縣。東漢屬益州永昌郡葉榆縣。三國蜀漢屬益州云南郡葉榆縣。西晉至南朝梁屬寧州云南郡葉榆縣。北朝周屬南寧州。隋屬南寧州總管府。唐麟德元年（644）設治，境內置浪穹、鄧備、舍利等州，六詔中境內有浪穹、鄧賧、施浪，屬劍南道姚州。南詔國時為浪穹州，屬劍川節度。宋大理國時分屬寧北賧、鄧賧、鳳羽郡。
元憲宗七年（1257）置浪穹、德源兩個千戶所（浪穹千戶所后改置浪穹州），隸大理上萬戶府。至元十一年（1274）置鄧川州，領浪穹縣，鳳羽縣，隸大理路。明洪武十五年（1382）設鄧川州，裁鳳羽縣入浪穹縣設鳳羽鄉巡司；鄧川州領浪穹縣，隸大理府。清沿明制，順治初年浪穹縣改直屬大理府，雍正八年（1730）7月大理府屬迤西道。
民國2年（1913）4月，浪穹縣改稱洱源縣，鄧川州改為鄧川縣。同年迤西道改為滇西道，民國三年（1914）滇西道改為騰越道，洱源、鄧川縣均屬之。民國18年（1929），廢騰越道，洱源、鄧川縣直屬省。民國37年（1948），洱源縣屬云南省第十行政督察區（駐鶴慶縣），鄧川縣屬第十一行政督察區（駐大理縣）。民國38年（1949），洱源縣屬第十行政督察區（駐鶴慶縣），鄧川縣屬第八行政督察區（駐姚安縣）。
1950年，洱源縣、鄧川縣屬大理專區。1951年2月19日，大理專員公署批準，將云龍縣第六行政村第七自然村之花椒樹、立莊登等18個小村劃歸洱源縣。1953年10月，原屬鄧川縣的大會莊鄉，面積1.25平方千米劃歸賓川縣；12月，原屬賓川縣的火山鄉、雙廊鄉、長育鄉劃歸洱源縣。1956年11月16日國務院全體會議第40次會議決定：撤銷大理專區，設置大理白族自治州，洱源、鄧川縣屬大理州。
1960年9月13日，國務院全體會議第103次會議通過：撤銷洱源、鄧川2縣，將原洱源、鄧川2縣的行政區域并歸劍川縣，縣城設在牛街區三營（1958年10月撤并）。1960年永平縣云龍片長新公社新羅地區（13個自然村，面積76平方千米，人口228戶、903人）劃歸劍川縣洱源片喬后公社。1962年3月27日，國務院全體會議第115次會議決定：恢復洱源縣，以合并于劍川縣的原洱源、鄧川2個縣行政區域為洱源縣的行政區域，并將原屬劍川的喬后、源安邑等劃歸洱源縣（1961年9月分設）。
1984年4月，公社改區，大隊改鄉鎮，全縣設11個區，下轄11個鎮和101個鄉。1985年12月，將右所區的舊州鄉、新州鎮、騰龍鄉，以及江尾區的中和鄉劃出，成立鄧川鎮（區級鎮）。1988年6月，區改鄉鎮，小鄉鎮改為村公所、辦事處，全縣設12個鄉鎮、87個村公所和22個辦事處。1993年，牛街鄉紅星村民遷至勛莊等地，三營鄉增設新龍村公所。
1996年，洱源縣面積2880平方千米，人口約31萬人。轄3個鎮、9個鄉：玉湖鎮、喬后鎮、鄧川鎮、雙廊鄉、江尾鄉、右所鄉、三營鄉、牛街鄉、茈碧鄉、鳳羽鄉、煉鐵鄉、西山鄉。縣政府駐玉湖鎮。
2000年，村公所、辦事處改建為村民委員會；8月，右所鄉撤鄉設鎮；9月，鳳羽鄉撤鄉設鎮；同年，江尾、三營、雙廊3鄉撤鄉設鎮。至此，洱源縣轄8個鎮、4個鄉：玉湖鎮、雙廊鎮、江尾鎮、鄧川鎮、右所鎮、三營鎮、鳳羽鎮、喬后鎮、牛街鄉、茈碧鄉、煉鐵鄉、西山村，共有110個行政村。
2000年第五次人口普查，洱源縣常住總人口315003人，其中：玉湖鎮27577人，雙廊鎮17067人，江尾鎮37988人，鄧川鎮15486人，右所鎮50026人，三營鎮42948人，鳳羽鎮28487人，喬后鎮20233人，牛街鄉22478人，茈碧鄉19100人，煉鐵鄉21239人，西山鄉12374人。
2002年9月，玉湖鎮的玉湖、九臺兩個行政村改為社區。2004年1月1日，原洱源縣江尾鎮和雙廊鎮劃歸大理市管轄，江尾鎮更名為上關鎮（省政府2003年12月22日批準）。至此，洱源縣轄6個鎮、4個鄉，88個行政村、2個社區。
2005年12月，撤銷茈碧鄉，其行政區域并入玉湖鎮，并將三營鎮永聯村委會劃歸玉湖鎮管轄，同時將玉湖鎮更名為茈碧湖鎮，鎮政府駐原玉湖鎮政府駐地（省政府2005年10月24日批準）。
2006年，洱源縣面積2961平方千米，人口27.47萬人。轄6個鎮、3個鄉：茈碧湖鎮、鄧川鎮、右所鎮、三營鎮、鳳羽鎮、喬后鎮、牛街鄉、煉鐵鄉、西山鄉。共有2個居委會、88個行政村。
2010年第六次人口普查，洱源縣常住總人口268313人，其中：茈碧湖鎮56246人，鄧川鎮17730人，右所鎮53233人，三營鎮36048人，鳳羽鎮27630人，喬后鎮20406人，牛街鄉21507人，煉鐵鄉22806人，西山鄉12707人。
2010年末，洱源縣總人口287833人，其中非農業人口21745人，占總人口數的7.55%；白族179550人，漢族87431人，彝族11642人，回族6584人，傈僳族1116人，納西族491人，藏族328人，傣族146人，其他民族545人。轄6個鎮、3個鄉，88個行政村、2個社區：茈碧湖鎮13個行政村、2個社區，鄧川鎮4個行政村，喬后鎮11個行政村，三營鎮10個行政村，右所鎮14個行政村，鳳羽鎮9個行政村，牛街鄉11個行政村，煉鐵鄉11個行政村，西山鄉5個行政村。
2014年，右所鎮、鳳羽鎮被列為全國重點鎮。