三元始屬沙縣地域，明成化年間(1465-1478)為沙縣二十二都的一個村莊，明代中葉才辟墟設鎮(zhèn)。

1939年1月4日，成立三元特種區(qū)署（為二等區(qū)署），直屬福建省政府。

2月1日正式對外辦公。

1940年設置三元縣，屬第二行政督察區(qū)。

1947年始，三元縣屬第六行政督察區(qū)。

1956年7月，三元、明溪兩縣合并設置三明縣。

1959年2月，三明縣與福建省三明重工業(yè)建設委員會合并，設三明人民公社籌備委員會(地級)。

1960年1月，原三元縣區(qū)域設立省轄三明市（地級），三明縣（原明溪縣域）劃歸三明市管轄。

1970年，三明專區(qū)改稱三明地區(qū)，三明市屬三明地區(qū)。

1983年5月，三明地區(qū)撤銷，地轄三明市改設為省轄三明市，為三明市轄三元區(qū)。

2021年2月撤銷梅列區(qū)、三元區(qū)，成立新的三明市三元區(qū)。