据近代考古发现，在新石器时代娄底就有人类文明活动的痕迹，现藏于娄底市博物馆的“新石器时代双孔石铲”是先民从事原始农业生产的工具，见证了这一段历史。[76]
娄底出土的新石器时代双孔石铲
娄底境域春秋战国时期属楚国。秦置湘南县，属长沙郡，辖今双峰、涟源部分地域。[76]
汉高祖五年（前202年）置连道，辖今双峰县测水以西至涟源市蓝田等地。
西汉建平四年（前3年），析湘南县置湘乡县，连双峰、涟源大部分和娄底等县市，属长沙郡。
三国时，分属衡阳郡、昭陵郡。吴宝鼎元年（266年），析昭陵郡置高平县，今新化县西部属之。
西晋、东晋、南朝（宋、齐、梁、陈），分属邵陵郡。隋属长沙郡。
唐、五代、宋朝分属潭州、邵州。
宋熙宁五年（1072年），建置新化县。
元代，分属天临路、宝庆路。
明分属长沙府、宝庆府。清同明属。
新化县成为娄底境内最早的建制县，在宋代隶属邵阳郡，元代属宝庆路，明清属宝庆府。娄底境内的其他县市，双峰一带，秦时属长沙郡的湘南县，汉代以后长期属湘乡县地。涟源一带，秦至东晋时大部分地域分属湘南、连道、湘乡、昭陵等县，北宋以后，其全部地域便长期分属湘乡、邵阳、安化、新化四县。娄星区一带从汉代开始，就一直为湘乡辖地。冷水江一带在宋以前属“梅山蛮”地，宋以后长期属新化县地。
民国元年（1912年），属长宝道，民国三年，改为湘江道。民国十一年（1922年），取消道制直属湖南省。民国二十六年（1937年），属湖南省第六行政督察区（驻地邵阳，辖邵阳县、新化县、武冈县、新宁县、城步县、湘乡县、安化县）。[33] 民国二十九年（1940年），分属湖南省第五、第六行政督察区。