大源為千年古地名，早在宋代地圖中就有大源村標載。
宋為長壽鄉大元里、望仙里、江陰里各一部分。
明改長壽鄉為長春鄉，轄地不變。
清康熙十二年（1673），為江南長春鄉大源里。
清光緒年間（1875—1908），為正南區大源五莊、大源六莊、大源七莊全，大源八莊怕行嶺以北部分、能仁四莊震龍廟南部分，東南區宜昌七莊全部。
清宣統二年（1910），為陽平鄉，包括望仙三莊二個村。
民國初承襲清制。
1935年，分設大源鎮、五和鄉、大七鄉、顯隆鄉。
1940年，大七鄉、顯隆鄉合并為大隆鄉。
1942年后，又拆分為二鄉。
1946年10月4日，五和鄉并入大源鎮，大七鄉與顯隆鄉重又合并改稱大同鄉。
1950年，境內分設為大源區大源鄉、民樂鄉、新關鄉，窈口區大同鄉、青山鄉、虹赤鄉，及下列太平區三鄉各一部分：新橋鄉、靈橋鄉、民主鄉。
1956年3月，虹赤、青山、大同三鄉合并為新建鄉；新關、民樂、大源三鄉合并為大源鄉。
9月，新關鄉從大源鄉析出，大同鄉從新建鄉析出。
10月，新關、大同兩鄉合并為大同鄉，歸屬窈口區。
1958年10月，大同鄉與新建鄉合建大同公社，大源鄉建大源公社，亭山與五一兩大隊從春江公社劃入大源公社。
1960年1月，大源公社改為太平大公社大源管理區，大同公社改為上官大公社大同管理區。
1961年7月，撤大公社恢復大源公社與大同公社；同年10月，下郎、塔堰從大源畜牧場劃入大源公社。
1962年12月，原新建鄉從大同公社析出成立新建公社。
1966年，望仙大隊從大源畜牧場劃入大源公社。
1981年5月，大同公社更名為新關公社。
1984年3月，各公社復稱大源鄉、新關鄉、新建鄉。
1985年10月，大源鄉撤鄉建鎮。
1992年5月，新建鄉、新關鄉并入大源鎮。
2008年5月，楊元坎村從靈橋鎮劃入（浙政函〔2008〕56號）。