古城镇自西汉高帝六年（前201）为县内最早县级政区刚氐道治地，至今已有2200余年历史，三国蜀汉后主建兴七年（229）改刚氐道为刚氐县，为刚氐县治地，直至东晋穆帝永和三年（347）省刚氐县入平武县，为刚氐道、县治地共548年，传说南北朝梁代，氐人李文智在此割据称王，西魏废帝二年（553），为平武县治地，直至贞观八年（634）省平武县入江油县，共81年，因先后两次共计629年作为县（道）治地，故得名“古城”，其意为县境内最早的县城，明宣德六年（1431年）立于境内的《龙阳郡节判王氏宗亲墓志》碑中即有“古城”一名，明代设古城驿，清代称双凤场，后设古城乡团，1929年设古白高团练公所，1935年4～6月，红四方面军在此建古城乡苏维埃政府，1936年设古白高联保，1940年设古城镇，1945年析出白草、高村地域置广益乡（治白草），1950年1月，仍设古城镇，设平武县第一区驻古城镇，1950年10月改古城镇为古城乡，1951年9月改平武县第一区为平武县第五区，并分置柏林乡，1952年改平武县第五区为平武县第七区，1954年9月改古城乡为古城镇，1955年2月撤销平武县第七区，古城镇改隶平武县第一区（驻城关镇），1955年11月平武县第一区改名平武县城关区，古城镇改隶城关区（驻城关镇），1956年2月，撤销城关区，改古城镇为古城乡，并柏林乡入古城乡，直隶于县，1957年7月设平武县古城区驻古城乡，1958年10月成立古城人民公社，1984年3月改古城人民公社为古城乡。
1992年9月，撤销平武县古城区及古城乡，设置古城镇，沿用至今。