西漢置崞縣，屬雁門郡，又置繁峙縣，屬雁門郡。新莽改崞縣為崞張，改繁峙為當要。東漢初年兩縣復西漢時舊名，東漢末年俱廢。晉復置2縣，仍屬雁門郡。北魏置崞山縣，屬繁峙郡，故治在今城關西10千米畢村。
　　唐析云中縣地置渾源縣，屬應州，以渾河發源于縣境得名。金貞佑三年（1215）于縣置渾源州，縣屬之。蒙古初年改渾源縣為恒陰縣，因在恒山之陰，故名。至元四年（1267）廢縣入州，屬大同路。明、清俱為渾源州，屬大同府。民國初年廢府，改州為縣，屬雁門道，道廢后直屬省。1949年改屬察哈爾省。1952年復歸山西省，屬雁北專區。1967年屬雁北地區。1993年屬大同市。
　　1997年，渾源縣面積1900平方千米，人口30萬人，6鎮22鄉：城關鎮、西坊城鎮、蔡村鎮、沙圪坨鎮、大磁窯鎮、王莊堡鎮、官兒鄉、張莊鄉、東坊城鄉、十義號鄉、西留鄉、北榆林鄉、駝峰鄉、下韓鄉、南水頭鄉、吳城鄉、大洼鄉、楊莊鄉、大仁莊鄉、官王鋪鄉、黃花灘鄉、中莊鋪鄉、青磁窯鄉、溫莊鄉、西河口鄉、荊莊鄉、土嶺鄉、林場鄉。縣政府駐城關鎮。
　　2000年第五次人口普查，渾源縣總人口325763人，其中：城關鎮86148人，西坊城鎮13944人，蔡村鎮12665人，沙圪坨鎮9710人，王莊堡鎮13012人，大磁窯鎮8102人，張莊鄉9716人，東坊城鄉14250人，荊莊鄉12464人，什義號鄉16897人，駝峰鄉11624人，西留村鄉12814人，下韓村鄉11093人，楊莊鄉15030人，北榆林鄉7853人，南水頭鄉2445人，吳城鄉2913人，大洼鄉6497人，黃花灘鄉8429人，大仁莊鄉7134人，官王鋪鄉4386人，中莊鋪鄉11313人，溫莊鄉3962人，西河口鄉2390人，官兒鄉5002人，土嶺鄉6024人，青磁窯鄉7990人，林場鄉1956人。
　　2001年，城關鎮、張莊鄉合并設立永安鎮；楊莊鄉、沙圪坨鎮合并設立沙圪坨鎮；王莊堡鎮、西河口鄉合并設立王莊堡鎮；中莊鋪鄉、溫莊鄉合并設立千佛嶺鄉；青磁窯鄉、林場鄉合并設立青磁窯鄉；荊莊鄉、東坊城鄉合并設立東坊城鄉；吳城鄉、大洼鄉合并設立吳城鄉；官兒鄉、土嶺鄉合并設立官兒鄉；南水頭鄉、北榆林鄉合并設立南榆林鄉；黃花灘鄉、官王鋪鄉合并設立黃花灘鄉；什義號鄉更名為裴村鄉。區劃調整后，全縣轄6個鎮、12個鄉：永安鎮、西坊城鎮、蔡村鎮、沙圪坨鎮、王莊堡鎮、大磁窯鎮、東坊城鄉、裴村鄉、駝峰鄉、西留村鄉、下韓村鄉、南榆林鄉、吳城鄉、黃花灘鄉、大仁莊鄉、千佛嶺鄉、官兒鄉、青磁窯鄉。縣政府駐永安鎮。