虞唐时期，今镇原县域是当时中国九州之一雍州属地。
夏时属戎翟。
殷商时期镇原属于昆戎。
商代末，戎人部族建共国、彭国，今镇原南部属共国，北部属彭国。
西周时期属大原地。
彭戎国亡，周置大原。
周穆王曾出游豳地，迁羌戎于大原，包括今董志塬、镇原等地，其中有义渠戎、彭卢戎、乌氐戎、郁郅戎、太原戎等，当时义渠戎势力最强大。
西周后期，义渠戎建国，先后灭彭、卢、太原、郁郅等，镇原属义渠戎国。
战国时期，秦惠文王十一年（前327）义渠国君为秦臣。
秦昭王三十五年（前272）秦灭义渠国，置北地郡，设义渠县，辖今镇原。
秦朝时，县境属北地郡朝那县东部、彭阳县西部及安武县。
安武县治在平泉镇麻王村民乐组安武故城遗址，彭阳县治在今太平镇柳嘴村杨湾故城遗址。
县辖乡，乡辖亭。
西汉时期，汉武帝元鼎三年（前114），由北地郡析置安定郡，辖21县，其中临泾、朝那、彭阳、抚夷、安武、安定等县与今镇原县境有关。
临泾县（王莽改监泾县）从西汉至北周，县治一直在今屯字镇川口村川口组洪河南岸临泾故城遗址，辖今镇原县屯字镇、城关镇、南川乡、临泾乡等地及泾川县北部。
朝那县治在今宁夏自治区彭阳县古城乡境，其东部属镇原县境。
彭阳县治仍在今太平镇柳嘴村杨湾故城遗址。
抚夷县治在今新集乡新庄村贺河组抚夷县故城遗址，今镇原北部属其管辖。
安定县治在今中原乡原峰村安定故城遗址，镇原西南部属其管辖。
东汉时期，属凉州刺史部安定郡朝那县、临泾县、彭阳县管剑б南亍捕ㄏ夭⑷肓巽亍Ａ巽刂斡治捕ǹたぶ巍Ｓ莱跷迥辏�111），羌族起兵内侵，安定郡县官民内迁到美阳（今陕西武功境内），永建四年（129）复归临泾。
永和六年（141），羌族再次起兵，郡县官民再次内迁扶风（今陕西兴平境），后段颎、皇甫规破羌，官民陆续返回。
三国时期属曹魏雍州安定郡临泾县、朝那县管辖，临泾县治仍为安定郡治。
西晋时期，镇原属雍州安定郡临泾县、朝那县管辖。
东晋十六国时期，镇原均属前赵、后赵、前秦、后秦、胡夏国5个割据政权的安定郡临泾县、朝那县统辖。
南北朝时期，临泾县先后属北魏、西魏、北周。
北魏时属泾州安定郡临泾县、安武县、朝那县。
安武县由临泾县析置；复置抚夷县，属泾州陇东郡，神龟元年（518）废朝那县。
公元406年万俟丑奴举兵称帝，一度占据临泾。
西魏时属泾州安定郡临泾县及宁州彭阳县管辖。
北周时废临泾县，属豳州西北地郡彭阳县、安武县统辖。
隋朝时，镇原属泾州安定郡湫谷县和宁州北地郡彭原县，安武县、抚夷县废；设乡、里，畿外25户为里，百家为党。
大业元年（605），在茹河北岸置湫谷县，驻今镇原县城南逼水珠一带湫谷城遗址，讹称“满洲城”“吐蕃城”。
大业十二年（616）废湫谷县名，恢复临泾县名。
唐朝时，属泾州临泾县及宁州丰义县，百户为里，五里为乡。
武德二年（619），彭原县析置丰义县，属彭州，开元八年（720），改属泾州，天宝元年（742）改属宁州，县治在太平镇上陈村井城家彭阳故城遗址。
大历元年（766），吐蕃攻占平高，节度使马璘表置行原州于灵台县百里城。
贞元三年（787），韩游瓌入朝请筑丰义城（今镇原太平上城村）。
贞元十九年（公元803），行原州迁治平凉。
唐宪宗元和三年（808），行原州迁治临泾，临泾县亦自泾州划归原州。
泾原节度使段祐筑新临泾城，城址在今县城西尤坪组临泾古城遗址，悍将郝玭镇守，从此吐蕃不过临泾。
大中三年（849），唐军收复关陇，原州治迁平高（今固原）。
广明元年（880），吐蕃又占领平高，原州迁治临泾。
五代十国时期，今镇原先后属5个割据政权后梁、后唐、后晋、后汉、后周管辖，均属彰义节度使原州及宁州丰义县西部。
原州领临泾县，州县同治，驻今县城西莲池村尤坪组。
北宋时，镇原属原州临泾县及宁州丰义县，实行保甲制度。
太平兴国元年（976），改丰义县为彭阳县，县治仍在太平镇上陈村井城家彭阳故城遗址。
至道三年（997），彭阳县从宁州划归原州。
原州领临泾、彭阳2县，新城、柳泉（今方山乡柳州古城）2镇，靖安、绥宁、铁原、西壕、开边、平安6寨。
金天德二年（1150），金占领原州，仍领临泾、彭阳2县，辖萧镇（今肖金）、柳泉、新城3镇，管绥宁、平安、靖安、开边、西壕5寨。
金哀宗正大元年（1224），蒙古占领原州。
蒙古至元七年（1270），例并州县，将镇戎州与原州合并为镇原州，治临泾，领临泾、彭阳、东山、三川4县，管15寨，今镇原境内有临泾、彭阳、三川3县和靖安、绥宁、西壕、开边、平安、新城6寨。
三川县治今庙渠乡常俭村寺庄坪组古城遗址。
元至顺元年（1330），镇原州西北部析东山县及三川县西部置开成州，临泾县、彭阳县及三川县东部属镇原州，废临泾县、彭阳县归州。
元顺帝至正二十一年（1361），李思齐在原州城东水荫沟以下筑新镇原州城，即今镇原县城，城墙东西北今存，南墙已毁。
元世祖至元二十三年（1283）忽必烈设陕西行省，镇原州属陕西行省巩昌都总帅府。
明洪武二年（1369），明军占领镇原州，降为镇原县，初属巩昌总帅府，后属平凉府，实行里甲制度，110户为里，10户为甲。
万历以前划分为20隼铮丛诔牵ń癯枪卣颍⑸献鳎ń窨哒颍⑹穑ń衩砬⒙砬纾⒁Ｏ郑ń窆⑽涔迪纾⑾允ィń衿饺稀⒅性保⑿鲁牵ń裥鲁窍纾⒙笞樱ń窳巽鞑浚⒃辏ń窳巽俊⑼妥直辈浚⑵饺ń衿饺颍⒑系溃ń裰性⑽迦ń穹缴较纾⑺停ń裥そ鹫颍⒙泶澹ń裎鞣逑允ィ⑿畚洌ń裆闲は纾⑹剑ń裢妥终蚰喜浚⑴硌簦ń裉侥喜俊⑸闲け辈浚⑽骱荆ń衩习诱颍⒈つń裥录纾⑹ń裉秸蛭鞅辈浚⒑岷樱ń衲洗ㄏ纾Ｍ蚶辏�1582），裁撤上作、新城、麦子、双屯4个里，全县为16个里，将石佛改为玉佛，石泉改为碧泉。
崇祯元年（1628），将16个里并为10个里，里下设甲。
清初沿明制。
康熙八年（公元1669），析陕西省庆阳、平凉、鞏昌、临洮4府，复置甘肃布政使司，镇原县属平凉府。
全县划为大丰、舒长、乐生、广积4里，大丰里辖明在城、麦子、原店、上作、横河5里；舒长里辖明平泉、遥现、合道、新城、显圣5里，设平泉镇、新城镇、瓦窑坡镇；乐生里辖明石窠、马村、彭阳、双屯、雄武5里，设肖金镇、屯字镇；广积里辖明五泉、石泉、堡宁、西壕、石佛5里，设马渠塬镇、孟坝寺镇、太平镇。
每里10甲，共40甲。
雍正五年（1727），因军地坐落零星，管辖不便，就近归属，将平凉卫东路、西路、南路、前所、左所（即阎、杜寨及开边等地）划归镇原，增设卫所里，全县即为5个里。
乾隆四十二年（1777），改属泾州管辖。
民国初，镇原县先后属平庆泾固化道、陇东道和泾原道，县域行政区划仍循清旧置。
1926年，直属甘肃省政府。
1928年，设甘肃省第三区西峰专员公署，镇原改属之，取消里置称，将原县城直管村庄划为第一区，辖17个村259个庄；屯字为第二区，辖9个村68个庄；肖金、太平为第三区，辖9个村60个庄；孟坝、马渠为第四区，辖13个村250个庄；新城、平泉、中原为第五区，辖18个村162个庄。
县下虽设区，但仍保持原各镇建制，未设区的仍称镇，后在县城设临泾镇，全县共9镇。
二十六年春，三岔区苏维埃政府与国民党镇原县政府进行谈判协商，达成一致意见，将马渠镇划分为东西两部分，东边仍为马渠镇公所管辖，西边归三岔区管辖。
二十九年三月，以交口河为界，南北分治。
南为国民党政府统辖，县治在今镇原县城，在原有镇建制基础上，增设8个乡，即寇家庙设永安乡（今临泾乡），南川设永定乡，开边设开边乡，上肖设永乐乡，疙瘩王村设永康乡，显圣庙设永绥乡（今西峰区显胜乡），上刘家设永和乡（今属西峰区肖金镇），党张设什户乡（今泾川县党原乡）。
北为共产党管辖，成立陕甘宁边区镇原县政府（隶属陇东分区），初驻马渠，五月移驻孟坝镇，辖一区（孟坝）、二区（柳州）、三区（石佛）、四区（马渠）五区（新集）5个区。
三十一年，曲子县三岔区划归镇原县，为六区。
三十四年后，共产党辖区扩增4个区，即王寨自治区，原属庆阳县，群众自发投奔边区镇原县，辖今新集乡王寨、岳庄、高崖畔村一带；太平游击区，辖今太平镇兰家庙以西至孟坝界；交口河自治区，辖今开边镇白家山、古城、武沟乡惠大庄和庙渠乡文夏、慕塬、黎明一带；万安游击区，辖今固原市彭阳县东北与三岔、殷家城交界地带。
解放区共辖7区45乡。
1949年10月，镇原县隶属甘肃省庆阳专员公署（驻西峰）。
1950年1月，将马渠区并入三岔、开边区，平泉区并入新城区，城市区并入临泾区，全县辖10个区98个乡。
1953年1月，恢复马渠、城市、平泉3个区，从屯字区析出上肖区，全县为14个区110个乡。
1955年10月，庆阳、平凉合署，镇原归平凉专员公署。
1956年，将临⑸闲ぁ⑻健⒙砬⑵饺�5个区改为基点乡，由县直管，全县有9个区、5个基点乡、57个区辖乡。
1958年3月，撤销9个区5个基点乡，全县划为37个乡，年底公社恢复原名称。
10月，将肖金公社划给庆阳县。
1959年5月成立马渠公社，全县共有10个公社，辖56个大队340个生产队。
1960年底庆、平分署，属庆阳地区行政公署。
1961年6月，公社由10个划分为32个，1985年7月，城关、屯字、平泉、孟坝、三岔5乡改镇。
2002年庆阳市成立，镇原归属之。
6月，太平、开边撤乡建镇。
2004年12月，撤销彭阳乡，彭阳村并入上城村，何湾、上城、柳嘴3个村并入太平镇，石崖村并入上肖乡，阎沟、建华村并入屯字镇；曙光乡并入屯字镇，小岘乡并入新城乡，王寨乡并入新集乡，湫池乡并入平泉镇。
至此，全县辖7个镇12个乡215个村1991个组。
2010年，全县辖7个镇12个乡5个社区215个村1991个组。
2018年，全县辖10个镇9个乡5个社区215个村1991个组。
2022年全县辖13镇6乡，5个城市社区，215个村，1991个村民小组。