旧石器时代（四五十万年前），“沂源人”即在此繁衍生息。
夏朝，禹划疆域为九州，沂源地属徐州。
商朝，属人方国、商盖（商奄）。
周朝，分属鲁国艾邑、纪国浮莱邑和齐国盖邑。
秦朝，属琅琊郡莒县。
西汉，属兖州泰山郡盖县；东汉，为徐州泰山郡盖县。
三国，属曹魏徐州东莞郡盖县。
晋至南北朝，先后属徐州、南青州、莒州之东安郡盖县。
隋、唐至元、明、清，分属沂水、蒙阴、临朐、新泰、淄川等县。
中华民国建立后，沂源地分属沂水、蒙阴、临朐县。民国二十六年（1937年）9月，中共山东省委领导全省各地组建抗日民主政权，此后，始行中国共产党领导下的行政区划。民国三十三年（1944年）5月，沂源县建立，直辖于中国共产党领导下的鲁中行政联合办事处；同年7月，划属鲁中行政区第五（鲁山）专区。民国三十四年（1945年）8月，由鲁中行政区第（沂蒙）专区辖。民国三十七年（1948年）7月，改属鲁中南行政区第二（沂蒙）专区。
1950年5月，改属沂水专区。
1953年7月，沂水专区撤销后改属临沂专区。
1967年7月，临沂专区更名为临沂地区。
1990年1月1日，划归淄博市。[50]
1962年，东里公社东北地区析出成立张家坡公社。
1965年，撤社划区，徐家庄公社并入黄庄区。石桥公社并入悦庄区和张家坡区，九会公社并入南麻区。中庄公社并入唐山区和燕崖区。
1966年，九会公社从南麻区析出，和山东机械一厂、二厂合并为土门区。
1971年，增设徐家庄、中庄和石桥公社。
截至2023年末，沂源县辖2个街道、10个镇：历山街道、南麻街道、鲁村镇、东里镇、悦庄镇、西里镇、大张庄镇、中庄镇、张家坡镇、燕崖镇、石桥镇、南鲁山镇。[47][48] 县人民政府驻振兴路61号。[49]
沂源县位于山东省中部、淄博市南部，介于北纬35°55′25″—36°23′28″、东经117°53′56″—118°30′59″之间，东靠潍坊市临朐县，东南与沂水县毗邻，西依济南市莱芜区、钢城区，西南与泰安市新泰市接壤，南连临沂市蒙阴县，北与博山区、淄川区相望。全县总面积1636平方千米，南北纵距52.2千米，东西横距63.6千米。[45][46]