三原县古称焦获，周秦前无确籍可考。
秦曰汤（荡）社，属北地郡。
汉时以其地置池阳县，隶左冯翊。
前秦苻健皇始二年（352），于嵯峨山北置三原护军，始有三原之名。
北魏太武帝太平真君七年（446），罢护军置三原县，属北地郡。
北魏孝明帝孝昌二年（526）属北雍州。
北魏孝庄帝永安元年（528），徙县治于清水谷。
北魏孝武帝永熙元年（532）徙北雍州于宜州（今耀县）。
北周武帝建德二年（573）改县为建忠郡，后郡废，仍复县，隶冯翊郡。
隋文帝开皇三年（583）以县隶雍州，后属京兆。
唐高祖武德四年（621），徙治清水谷南故任城，改池阳县。
唐高祖武德六年（623），又徙（隋）故所，改华池县，仍分治三原县，录北泉州。
（分治三原县，即华池与三原并列，南北分治。
华池县治在北，三原县汉书在南。
）唐改池阳县，后改华池县，仍分置三原县，隶北泉州。
唐太宗贞观元年（627），省（撤销）泉州，改华池县为三原县，隶雍州。
唐初池阳及贞观后之三原县治当在今西阳镇东北不远处。
五代梁朝，三原县属西安府，县治仍在西阳镇东北之故任城。
五代的唐、晋、汉、周时，三原县改属耀州。
宋、金及元初，三原县仍属耀州府。
元朝至元二十四年（1287），县治迁徙龙桥镇，即今之三原县城。
明代，三原县先属耀州，后因西安省府公文、差旅反溯倒行，实为不便，弘治三年（1490）改属西安府。
清承明制，县名、隶属均无变化。
民国时期，先实行省、道、县三级建置，1928年废道，在省、县间设行政督察区。
三原县属咸阳行政督察专员公署（为省第十区）。
1949年5月14日县人民政府迁入城内。
县城设陕甘宁边区三原分区专员公署，辖三原、泾阳、高陵、富平、耀县、铜川、淳化等7县。
1950年5月撤销三原分区，县隶属咸阳地区；1953年县改隶渭南地区；1956年10月改由省辖；1958年12月，泾阳、三原、高陵、淳化四县合并，统称三原县。
合并的县人民委员会设三原城关镇，辖14个公社；另设三原城市管区，辖城关镇；1961年8月国务院批准陕西省调整专县行政区划，撤销泾、三、高、淳大县建制，恢复三原县制，隶属咸阳地区。
1984年，咸阳地区改市后，三原县为咸阳市辖县至今。