三元境域夏、商时期属扬州之域；周代属七闽之地；战国时期属楚国地；秦汉时期属闽中郡；西汉武帝时属扬州会稽郡东冶县（县治福州）。

　　三国时属吴国建安郡（郡治建瓯）。东晋太元四年（379年），析延平县南沙源地置沙戍堡，三元属沙戍堡。义熙年间升沙戍堡为沙村县，是沙县设县之始，隋废。唐武德四年（621年）复置，改名为沙县。此后至民国三元设县,三元均隶属沙县。

　　宋代，沙县属南剑州，设3乡8里，三元分属龙山乡归仁里、翔鸾乡礼宾里。元代，沙县属延平路，改8里为32团，原归仁里（三元境域内）有善峡团、尾历团、仁化团、忠义上团、忠义下团等。明代，以在城者为坊，在乡者为都，沙县属延平府设32都。三元境域有尾历团十九都、二十都、二十一都、二十二都、忠义上团二十三都、忠义下团二十四都、二十五都。清延明制，隶属无大变动。

　　中华民国元年（1912年），成立沙县行政公署，属建安道。民国4年（1915年），实行区乡制，沙县设7个区公所，三元分属西区、上南区。

　　三元是革命老区。民国20年（1931年）7月，归化成立县革命委员会。民国23年（1934年）1月，沙县成立县苏维埃政府。民国23年（1935年）5月，永安成立县革命委员会，3县苏区涵盖整个三元境域。

　　民国22年（1933年）11月，“福建事变”发生。国民党十九路军在福建成立中华共和国人民革命政府（即福建人民政府），下辖闽海、延建、兴泉、龙汀四省及福州、厦门两个特别市，三元境域属延建省。翌年，“福建事变”失败，四省撤销。

　　民国23年（1934年）4月，实行保甲制，沙县划为7区、46联保。第三区设洋溪乡，第五区设三元乡。年末，省设10个行政督察区，沙县属第三行政督察区。

　　民国25年（1936年）6月，实行分区设署，沙县设3个区署，三元是第二区署。7月，完成整编保甲，全县设28个联保。

　　民国27年（1938年）4月，省政府内迁永安，国民党一些党、政、军、警、特机构迁到三元。

　　民国28年（1939年）2月，福建省政府决定，以三元镇为中心，划出三元、历东（今列东）、徐坊（今徐碧）、历西（今列西）、荆杉（今莘口、荆东、荆西）、碧溪51个保，人口万余人，设三元特种区，仍属沙县境内一部分。

　　民国29年（1940年）设置三元县。1950年1月，三元县解放，隶属永安专区。1956年7月，三元、明溪两县合并，各取首字为新建置之县名，称三明县，从此三明地名被一直沿用。随后行政区划不断变更。1958年4月，三明辟为福建省重工业基地，设立三明重工业建设委员会，三明县属南平专区和三明建委双重领导。1959年2月，三明县与三明建委合并，成立三明人民公社筹备委员会（地、市级行政建制）。1960年1月，撤销三明人民公社筹委会，设立省辖三明市，为三明设市之始。1963年4月，设立三明地区行政公署,撤销省辖三明市，改为地辖三明市，属三明行政公署领导。1983年4月，撤销三明地区行政公署，再改为省辖三明市，实行以市带县领导体制，原三明（地辖）市分设三元、梅列2个区。2021年6月，撤销三明市三元区、梅列区设立新的三明市三元区。