旧石器时代晚期，青海省先民即在今柴达木盆地、昆仑山一带活动生息。
秦汉时，羌人部落有150多个，每一部落有首长，互不统属，过着逐水草而居的游牧生活，生产力低下，属原始社会形态。 青海地势图
汉武帝元狩二年（前121年），西汉王朝派骠骑将军霍去病出兵击败河西匈奴，设令居塞，并在河西设4郡。武帝元鼎六年（前111年），汉军征讨河湟羌人，在湟中设“护羌校尉”，开始经略湟中，筑西平亭（今西宁市）。从此，汉王朝开始了对青海东部的控制。汉宣帝神爵元年（前六十一年），赵充国奉命平先零羌杨玉得胜后，罢兵田于河湟，设“金城属国”，先后设置临羌（治所在今湟源县）、安夷（治所在今海东市平安区）、破羌（治所在今海东市乐都区）、允吾（治所在今民和县）、允街（治所在今甘肃省兰州市红古区）、河关（治所在今贵德县）7县，青海东部地区正式纳入中原封建王朝郡县体系。三国时，魏文帝黄初三年（222年），凭依汉西平亭故城，修成西平郡城。
四世纪初，吐谷浑人迁入甘青地区，后向青海境内发展，并建立了吐谷浑国。其盛时，势力范围东南至四川松潘，北到青海祁连，东到甘肃洮河，西达新疆维吾尔自治区南部，东西长约1500公里，南北宽约500公里。吐谷浑人自进入青海至唐龙朔三年（663年）亡于吐蕃止。东晋十六国时，前凉、前秦、后凉、南凉、西秦、西夏、北凉相继统治过青海河湟地区。
7世纪，松赞干布统一西藏高原，建立了吐蕃王朝。先后兼并了羊同、苏毗、白兰、党项诸羌，尽得其地。唐“安史之乱”后，吐蕃进一步东进，控制了青海全境，统治近200年。唐末，“嗢味”一度控制河湟地区。五代十国时期，青海吐蕃部落分散，不复统一。
宋时，唃厮啰势力渐强，以青唐城（今西宁）为中心，在河、湟、洮地区建立了以吐蕃为主体的宗咯地方政权，臣属于宋。徽宗初，唃厮啰政权势力日衰，宋军遂进占河湟地区。崇宁三年（1103年），宋改鄯州为西宁州，是“西宁”见于历史之始。北宋亡后，金和西夏占有河湟地区约一个世纪。
南宋理宗元庆三年（1227年），成吉思汗进军洮、河、西宁州，青海东部地区纳入蒙古汗国版图。忽必烈即位初，在河州设吐蕃等处宣慰使司都元帅府，管辖青、甘一带吐蕃部落。至元十八年（1281年）设甘肃等处行中书省，辖西宁诸州。