大约在第四纪更新世晚期，大同盆地、阳原盆地等古湖泊的湖水大都已消失，变成湖积平原。古代丰沛充盈的泉水、连同降落在这些盆地及其周围山区的雨水，汇集一起，总成大河，顺势东注，过涿鹿一怀来盆地，与“三家店河”联为一体，今桑干河的雏形大致形成了。[1]
桑干河，是一条名称多变的河流。先秦典籍《山海经》中称它为浴水。[1] 郦道元的《水经注》称溹涫水：“县西北上平，洪源七轮，谓之桑干泉，即溹涫水者也”。[19] 《山经·北次三经》：“又北五百里曰谆于毋逢之山，……浴水出焉。”谭其骧先生认为，浴水即治水，也就是今永定河。《汉书，地理志》称它为治水，其于雁门郡阴馆县下云：“累头山，治水所出，东至泉州人海，过郡六，行千一百里。”《汉书，燕刺王传》又记作台（音怡）水。上述的浴水、治水，实为一水，或因字形相似而传抄致讹，或因读音相近而用字有别，一般多以治水为是。东汉许慎著《说文解字》，又称其为㶟水，文云：“㶟水出雁门（郡）阴馆（县）累头山，东入海，或曰治水也。由此可知桑干河战国称浴水，西汉称治水，东汉至北魏时期称㶟水，隋唐后称桑乾河。而桑干河下游在不同历史时期却有着更为繁杂的名称变化。如永定河曾有过清泉河（汉魏）、高粱河（汉魏）、卢沟（金），元、明以后又有浑河、小黄河、无定河等称谓。而河流名称的变化，反映出随着流域内人类活动的日益频繁，水文状况亦日益恶化，尤其是明清以后变得易淤易决，水患频仍。直到清康熙三十七年（1698年）大规模整治河道、修筑河堤之后，下游始有永定河之名。[1]
清嘉庆《永定河志》载乾隆帝诗云：“今时名永定，古曰桑干河。历传有明征，卜涨曾无讹。桑熟必致干，多少其弗差。干少霖必少，干多霖必多。”诗有小注：“永定河在桑葚熟时必干数日，其干之日少，为夏至无暴涨之征。”康熙皇帝于康熙三十七年（1698）赐名“永定”，即改称永定河。古有“汛时洪流万顷，旱时一苇不通”的记载。民谣：“四月晾河底，六月没屋脊。”晾河底即指天早河干没水，没屋脊是指发生大洪水。流域桑林遍布，“雁门关外百姓家，又养蚕桑又种麻。”桑叶可养蚕，桑葚可充饥，由此形成当地百姓以蚕桑记事的习惯，形象鲜明，记忆深刻。当地历史上有春早秋涝、先旱后涝、久旱必有大涝的经验，故以“桑干”作为预报汛情的原始形态，也是古代水文预报的宝贵遗存。[21]