春秋战国时期，桃源地域属楚国洞庭郡。

秦朝时属黔中郡。西汉时为武陵郡临沅县的一部分。公元50年（东汉建武二十六年），桃源地域从临沅县析出，置沅南县，隶属武陵郡。三国、两晋、南北朝时期，县名均为沅南县。公元583年（隋文帝开皇三年），合临沅、沅南、汉寿三县为武陵县，隶属朗州。唐、五代时期，今桃源地域均为武陵县的一部分。公元963年（宋太祖乾德元年），转运使张咏根据朝廷析武陵县之政令，在实地考察之后，建议置桃源县。1949年10月，新中国成立后，桃源县隶属常澧区行政专员公署。1950年8月，常澧区行政专员公署改为常德地区行政专员公署，桃源县隶属其下。1969年，常德地区行政专员公署被常德地区革命委员会取代。1980年，成立常德行政公署，1988年4月改为常德市，桃源县仍属其治下。