夏商，時屬冀州。
西周時以恒山鎮(zhèn)屬并州。
春秋，屬代國。
秦朝，秦始皇始置縣，稱為崞縣，屬雁門郡。
不久改稱平舒，屬代郡。
西漢，平舒縣廢，復置崞縣，屬恒山郡。
王莽新朝期間，改為崞張縣，仍屬常山（即恒山）郡。
東漢，恢復崞縣名，三國，沿襲之。
北魏，時遷都平城（即今大同），為京城內地，改名石城縣，屬神武郡。
天興元年，改稱崞山縣。
東魏，改為廊州。
北齊，又改為北顯州。
隋朝，北顯州改稱平寇縣，后又改回崞縣。
唐朝，始稱渾源。
五代，晉縣隨州入遼仍為渾源縣。
金朝，貞祐二年（1214）于縣置渾源州。
元朝，初期改渾源縣為恒陰縣，屬西京（即大同），不久，又復用渾源州。
明清，時俱稱渾源州，均屬大同府。
1912年5月改為渾源縣，后屬雁門道。
抗日戰(zhàn)爭時期縣境南北山區(qū)均為抗日根據(jù)地，屬晉察冀邊區(qū)。
1937年，屬山西省第一行政督察專員公署。
1939年，屬晉察冀邊區(qū)政府察南雁北辦事處。
1940年，先后屬晉察冀邊區(qū)政府二、五、一專署。
1945年，渾源縣解放。
1947年，屬察哈爾省雁北專署。
1952年，重歸山西省，屬山西省雁北專署，后改山西省晉北專署，山西省雁北地區(qū)行政公署。
1993年，雁北地區(qū)與大同市合并，屬大同市轄縣。