秦朝时,属黔中郡。
西汉时,为武陵郡临沅县的一部分。
公元50年(东汉建武二十六年),桃源地域从临沅县析出,置沅南县,隶属武陵郡。其县治设于武陵县治西南70里的古城山(今鼎城区长茅岭乡)。
公元106年(汉殇帝延平元年)迁至浔阳坪(今漳江镇浔阳坪村)。三国、两晋、南北朝时期,县名均为沅南县。
公元583年(隋文帝开皇三年),合临沅、沅南、汉寿三县为武陵县,隶属朗州。
唐、五代时期,今桃源地域均为武陵县的一部分。
公元963年(宋太祖乾德元年),转运使张咏根据朝廷析武陵县之政令,在实地考察之后,建议置桃源县。其理由是:其地有一风景秀丽、道观雄伟的胜地,此胜地因东晋大诗人陶渊明所作《桃花源记》传颂于世而得名桃花源。早在晋代,桃花源的桃源山即建有道观,名桃川宫。
1949年10月,新中国成立后,桃源县隶属常澧区行政专员公署。
1950年8月,常澧区行政专员公署改为常德地区行政专员公署,桃源县隶属其下。
1969年,常德地区行政专员公署被常德地区革命委员会取代。
1980年撤销常德地区革命委员会,成立常德行政公署,1988年4月改为常德市,桃源县仍属其治下。