济源历史悠久，在远古时代就有人类活动，至今保存多处旧石器、新石器、仰韶、龙山等时期的文化遗址和遗存。

禹时属冀州，禹治天下，导九州，济源区域属于冀州。

夏时曾为夏都，夏朝第六代帝王少康迁都于原（位于今庙街西原城遗址），原作为夏都有8年时间。

商代多处封邑国，商代，济源有原、向等采邑，苏、召（shao）等方国。苏国位于今济源市东北一带，召国的都邑在今邵原镇。

周代的采邑制度是畿内封邑、畿外封国，即把王畿之内封给王朝的卿大夫（大臣），称为采邑，王畿之外封给子孙和亲戚，称为诸侯国。西同、有原《今庙街一带》、樊（即阳樊，今城西曲阳或城东南裴城一带）、向《今坡头镇左山一带》（今坡头镇表山一带）、苏（周武干大目寇苏忿生封苏国，初在济源境内，后迁温县西南）、胫（今王屋封门口一带）等诸侯国及筛邑、召公采邑、东周、史载济源分封的采邑有（3个，数量居全国第一。）

春秋时期，济源属晋国。晋在此设原县，这是济源设立最早的县。战国属韩、魏。

战国时期，济源分属韩国、魏国，魏国在此设轵县。

秦设轵县，属三川郡。

汉设轵、沁水、波三县。汉代，除原轵县外，增设沁水县（治今王寨）、波县（治今裴城），均属河内郡，设邵亭，管理王屋、邵原等地治安。

三国设有轵、沁水、波三县，属曹魏河内郡。晋撤波县，境内有轵、沁水二县，属河内郡。

南北朝时期，郭县、沁县、沁水县哈属北魏怀州河内那，增量奖平县（治今王屋）属邵郡，后改为王屋县，属王屋郡；必须县省入轵县隋设济源县。

隋开皇十六年（598年）析轵县北部置济源县，“以济水所出，因名”，属河内郡，从此始有济源县之称。又改王屋郡为王屋县。隋朝济源境内有轵县、济源县、王屋县三个县。

唐初济源境内曾设置八个县，后撤并为三个县。

唐初济源境内曾设轵（治今东西邦城村）、邵伯（原王屋县更名）、邵原（治今邵原镇）、溟阳（治今苗店）、蒸川（治今大社一带）、长泉（治原下治长泉）、大基（治原培头蓼络）、济源八个县、经过省井、到庭部中后朝和五代十国时期、济源境内有济源、王屋（邵伯复名王屋）、河清（大基县更名）三县，其中济源属孟州，王屋、河清属河南府。

宋全时邦造内设济源、王居二县、北宋前期、河清县移置白坡镇（今洛阳去利区），济源、王屋二县同属孟州）

北宋后期（112年），改孟州为济源郡，济源、王屋二县同属之。

金代1128年，济源郡复名孟州，济源、王屋二具同属之.

元代王屋县并入济源县。元初，济源、王屋二县仍属孟州。

1268年，王屋县并入济源县，济源境内形成一个统一的济源县，地域范围和现在相当，明清时期济源县均属河南怀庆府。

"中华民国"国民党时期

1912年，济源县直属河南省

1913年，属河南省豫匕道

1914年，改属河南省河北道

1927年，直属河南省

1932年10月改属河南省第四行政督察区

中国共产党领导时期

1942年7月，中国共产党济源县抗日民主政府成立，隶属太岳区第四专区；

1943年春、王屋县抗日民主政府成立，隶属太岳区第四专区。

1947年7月，撤王屋县并入济源县，仍属太岳区第四专区。

1949年8月济源县改属平原省新乡专员公署。

1952年11月，平原省被撤销，济源县改属河南省新乡专员公署。

1970年属新乡地区。

1975年5月，中共河南省委批准设立济源工区办事处，由省直辖，工区下辖虎岭区（县级）、济源县。

1977年5月，中共河南省委撤销济源工区办事处，虎闯令区并入济源县，又归新乡地区领导。

1986年1月，济源县改属焦作市。1988年6月，国务院批准济源撤县建市，实行计划单列由焦作市代管。

1997年7月1日济源市升格为省直管市，成为河南省18个省辖市之一。

2003年被列为河南省中原城市群9个城市之一。

2005年，济源市升格省辖市（按正地级市所有行政管理机构配置）。

2012年《中原经济区规划》将济源市定位为中原经济区新兴区域性中心城市。

2017年3月，被确定为国家产城融合示范区，是国家发改委支持建设的全国首个全域产城融合示范区。