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。《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。
至于桑干河，是“乾”字20世纪50年代后汉字简化为“干”的结果。[1]
桑干河位置及水系概况示意图
桑干河是永定河的上游，永定河属海河水系，其正源为发源于山西省宁武县管涔山北麓庙儿沟的恢河，恢河与源子河在朔州市马邑村汇合后称桑干河。桑干河在阳高县南徐庄流出山西省境，在河北省怀来县朱管屯与洋河汇合称永定河，此后流经河北省和北京市，在天津市汇入海河流入渤海。
桑干河上游地处山西省北部，流经的行政区划主要是今朔州市的大部分。其中流经应县的河段长约35.1公里(经Google earth测量)，为应县境内最大的河流，也是最古老的河流。[1]
桑干河河长437公里，流域面积21395平方公里。[13]
桑干河，上游有源子河与恢河两条河流。主流恢河发源于宁武县管涔山分水岭村，源子河发源于左云县截口山。两河在朔州市朔城区马邑村汇合后称桑干河。相传因每年桑甚成熟时河水干涸而得名。它流经朔城区、山阴县、应县、怀仁市、云州区[17] ，入册田水库，至阳高县尉家小堡村进入河北省。山西境为河长252公里，流域面积15464平方公里。阳高县大辛庄站多年平均天然径流量7.73亿立方米，年平均含沙量每立方米52.4公斤。河流所经各县，南北为山区，中部为地势平坦的大同盆地。[2] 在朔州市境内长124公里，多年平均清水流量4.51立方米/秒。[3]