元代时期，大红沟镇境域为西凉府所辖。
明正统三年（1438年），为古浪守御千户所辖。
清代时期，由凉州卫管辖。
1950年5月，为天祝自治区第五乡。
1953年10月，为哈溪区延禧乡、百灵乡。
1962年7月，改设为延禧、夹台、百灵公社。
1968年10月，又改为五星公社、红星牧场。
1970年2月，合并为大红沟公社。
1983年5月，分为延禧、西顶、下西顶乡，属哈溪区。
1985年10月，撤区并乡，为大红沟乡。
2018年3月，大红沟乡撤乡建镇。