在富源历史上，曾经出现过“平夷”和“平彝”两个县名，沿着这个线索，可探寻富源的历史沿革和变迁。富源境内最早有人类活动约4万年以前。距富源县城15公里的大河镇茨托村东边，有一处旧石器时代人类遗址，文物部门于2001年至2006年对其进行了三次发掘，发现人牙化石2枚，动物化石1000多件，石器1000多件。同时还有人工石铺地面和大量烧土等人类活动遗迹。该遗址距今3.8—4.2万年。这个发现证明，富源大约在4万年前就有人类活动。但是在春秋战国、秦时期，对富源没有确切的历史记载。专家们通过分析史书中大量零散的资料，只能略知富源早期的概况，当时隶属关系复杂，建制变迁较大，很难准确定论。

据海南出版社出版的《富源历史》记载，远在战国末年（约公元前221年），楚将庄蹻入滇建立古滇国，富源为古滇国的组成部分。秦时属夜郎国苴兰县地。西汉时期，云南、贵州、四川各部少数民族被称为“西南夷”。汉武元鼎六年（公元111年），西汉王朝设置牂牁郡谈稿县；东汉时期仍属牂牁郡谈稿县，前后经历300多年。三国时期，原西南夷地区称为“南中”，属“南中”大姓管辖。蜀汉建兴三年（公元225年），诸葛亮平定“南中”叛乱，对南中设置郡、县建制，分设建宁、云南、兴古、牂牁等7郡，在今富源、陆良一带置新定县，属建宁郡（今曲靖）所辖。东晋、南北朝时期，“南中”大姓爨氏据地称雄，属爨氏管辖，历时200多年。隋朝时期，富源属益州犍为郡。唐朝初年属盘州（今贵州盘县），置平夷县，治所在平夷乡。天宝初年入南昭，为磨弥部，属石城郡。公元937年大理国建立，属石城郡，称夜苴部，治所在今富村镇亦佐村。

在富源境内设置县治是从元朝开始。元世祖至元十三年（公元1276年），朝廷在富源境内北部平夷乡设置罗山县，治所在今县城的罗蒙山（旧城山）上，属普安路管辖。

元顺帝至元二年（公元1336年），在块泽河东岸夜苴部巴兰乡设置亦佐县，治所在亦佐村，隶属曲靖路宣抚司。明朝洪武二十三年（公元1390年），明太祖朱元璋认为罗山县地处滇黔要冲，须派兵戍守，于是废除罗山县设置平夷卫，“平夷”作为具有特定含义的专有地名首次在富源的历史上出现。卫城在今旧城山。平夷卫下设两个千户所，是左所和右所，卫下一般设前后左右五个千户所，但也有例外，如平夷卫下只有两个千户所，称左所和右所。

清康熙三十四年（公元1695年），朝廷废除平夷卫和亦佐县，建立平彝县，这是历史上第一次以“平彝”作为县名的确切记载。县城设在平夷卫故址即现在的县城，逐步形成富源现在的区域。县下设里，辖民安、物阜、长治、久安、向义、慕风6个里。

民国时期沿袭清末建制，将6个里改设7个区，即城治、物阜、长治、久安、都户向义、慕风7个区。1934年，平彝飞撒于马龙县境内的物阜区半山里等48个自然村划归马龙县。1937年，沾益县在平彝境内的插花地羊肠营（沾益县三区）的41个自然村划归平彝。1948年，将宣威县的何鸡田等6个自然村划归平彝。

1949年12月23日，平彝县解放。1950年3月成立平彝县人民政府，辖清溪、东山、平中、十八连山4个区12个乡。同年11月，平彝县辖的新村划归陆良县管辖，沾益县辖的法凹等16个自然村划归平彝县管辖。1951年12月，平彝县飞撒于曲靖坝子的物阜乡辖地平旗田等9个自然村划为曲靖县。1954年8月，将平彝县辖的箐口乡、沙坡乡划归曲靖县辖。

1954年，在县人代会上，县代表龚兴安提出，平彝县名有碍民族团结，应更名。县内的富源乡因资源丰富而得名，全县亦是资源丰富，可将“富源”的乡名用作县名。大会采纳了这个建议。中央人民政府内务部于9月1日批准，将平彝县改称富源县至今。

1955年12月，沾益县辖的回隆等12个自然村划归富源。1956年12月，沾益县辖的小冲等18个小乡51个自然村划归富源，富源县辖的罗木乡划归沾益县。1958年4月，陆良县辖的老寨等12个自然村划归富源县；12月，沾益县辖浒子村、石坝村划归富源县。1964年11月，宣威县辖的业土依等4个自然村划归富源县辖。

中华人民共和国成立以来，富源县辖区内，1950年设清溪区、民安区、东山区、平安区、富源区、十八连山区6个区。1952年设清溪区、大河区、东山区、营上区、富村区、黄泥河区、十八连山区7个区。

1957年实行农业合作社，进行撤区并乡，撤销清溪、大河、营上3个区，并为15个直辖大乡，其余东山、富村、黄泥河、十八连山4个区继续保留。

1958年实行人民公社化，将东山区的茂兰、糯木、松林、纳佐划归营上，恩洪划归陆良，全县共设置23个公社，公社下设管理区，管理区下设生产队。1961年调整社队规模，将原来的25个公社调为35个公社，管理区改为生产大队，形成三级所有、队为基础的农村基层生产经营体制。县直辖山口、中安、龙海、凉水井、海坪5个公社和大河、营上、东山、富村、黄泥河、十八连山6个区。

1962年建制再作调整，县直属公社调整增设城关区、后所区，将富村区的者米、黑克、迤得黑、新堡和十八连山区的老厂、拖竹、大格、押租分出，增设老厂区，全县为9个区138个公社。1977年区改公社，公社改为大队，全县9个公社149个大队。

1983年实行小乡级基层政权建制，政社分设，成立区作为县级派出机构，将大队改为小乡，设乡人民政府为最低政权，全县设9区1镇、152个乡、2个乡级镇、3个街道办事处、1个居委会。1988年撤区设乡镇，小乡改为村公所，将营上所辖的海章、现鸡田、竹园、松林、大路、茂兰、纳佐、乐乌、团结划出设竹园乡，黄泥河的古敢、补掌、沙营划出设古敢水族乡。全县辖中安、营上、黄泥河3个镇和后所、墨红、大河、竹园、富村、古敢、十八连山、老厂8个乡。以后，乡逐步改镇，全县除古敢外全部由乡改镇。2013年将县城的中安镇撤销，分设中安街道、胜境街道。2015年末，全县辖9镇1乡2街道，161个村社，1782个自然村，户籍总人口81.5万人。