固原历史悠久。旧石器时代，已有了人类的繁衍和生息。春秋战国时期“逐水草而迁徙”的戎族率先从漠北来到六盘山区、清水河畔，农耕民族与草原民族在这里交汇融合。创造了这一地区的古代文明。

境内最早的行政建置始于秦惠文王时以居住较多的乌氏戎族设置的乌氏县（约在今固原瓦亭一带），秦始皇立国之初，曾专程到六盘山地区巡视边防。公元前114年（汉武帝元鼎三年），为加强对北方少数民族防御，设置安定郡，成为中原在北部边地的重镇，从而奠定了固原的历史地位，始为州、郡级建置地的发端。安定郡共管辖21县，辖境约当今甘肃景泰、靖远、会宁、平凉、泾川、镇原及宁夏中卫、中宁以南、同心、西吉、固原等市县地。汉武帝刘彻曾6次行幸固原，东汉光武帝刘秀在扫平割据、统一全国的战争中御驾亲征固原，大会群臣，制定战略计划。

魏晋南北朝时期，固原已成为西北乃至中亚民族融汇与进入中原的历史舞台，特别是西亚和中亚文化沿丝绸之路在固原留下了令人震惊和关注的文化遗产。中国10大石窟之一的须弥山石窟就是从北魏开始凿造，而兴盛于隋唐。524年（北魏正光五年）又改高平镇为原州。

隋唐时期，隋文帝在此仍置原州总管府。并设原州羊牧、原州驼牛牧、专管畜牧业的发展。唐代原州已发展成为全国最大的养马中心和西北牧业的管理中心。唐太宗李世民、唐肃宗李享先后到原州巡查牧马业。宋夏金时期，由于固原地处宋夏对峙的接壤地区，宋王朝对固原的经营格外关注，境内先后设有镇戎军、德顺军、怀德军和西安州，以成犄角之势，防范西夏军队的袭击和侵略。著名的“好水川之战”、“定川寨之战”的古战场均在今固原境内。

蒙元时期，成吉思汗在六盘山麓的开城避署，以后又病亡于六盘山区，故而蒙哥汗、忽必烈对开城情有独钟，先后到这里或驻跸、或避暑。公元1272年，元世祖忽必烈将皇子忙哥喇封为安西王，遂设王府于开城，立开城路，“视为上都，号为上路”。明朝在东起鸭绿江，西至嘉峪关的万里边防线上设立9个军事重镇，固原为其一镇，同时，设三边总制府于固原，为陕西三边重镇的军事总指挥。固原遂成为“据八郡之肩背，绾三镇之要膂”的雄关重镇。清朝将固原州升为直隶州，并同时设立化平川直隶厅和海城县，构成了固原近现代行政区划的框架。

1935年，中国工农红军二十五军和一方面军长征先后途经六盘山区，毛泽东写下了《清平乐.六盘山》。1936年，工农红军一、二方面军会师将台堡，长征胜利结束。

1949年8月，固原地区各县先后解放。1953年，以西吉 、海原 、固原三县为主成立西海固回族自治区（1955年改称固原回族自治州），隶属甘肃省。泾源回族自治县和隆德县隶属甘肃省平凉地区。1958年，宁夏回族自治区成立，固原回族自治州、泾源回族自治县、隆德县划归宁夏，并成立固原地区。西吉、海原、固原、隆德、泾源5县隶属。1983年，以固原县东部山区析置彭阳县，隶属固原地区。2002年7月，固原地区改为固原市，固原县改为原州区。固原市辖西吉、海原、隆德、泾源、彭阳5县和原州区。2004年，海原县划归新成立的中卫市。