考古發掘表明，距今一萬多年前的舊石器時代就有人類生活在忻府區境域。在新石器仰韶文化時期，云中河、牧馬河兩岸就已經有人類活動并形成聚落生活。到了龍山文化晚期和夏文化時期，忻府區境域居住生活的先民逐步邁進文明社會的門檻。
商代，忻府區為游牧部族建立的方國生活區域，從屬于商王朝統治和管理。考古發現的商代早期尹村遺址和商代晚期劉溝遺址，以及在莊磨鎮連寺溝村出土過的商代早期青銅器，皆證明這些方國與商王朝有著密切的政治、經濟和文化聯系。
西周時期，忻府區境域為周王朝的戎狄荒服地帶，戎狄民族臣服于周王朝統治，定期到周都城覲見周天子并稱臣進貢。當時，忻府區境域活動著以燕京戎為主的戎狄民族。
春秋時期，諸侯國晉國和楚國開始設置縣一級地方行政機構，當時忻府區境內族屬多以山戎無終和白狄鮮虞為主，活動區域南境毗鄰晉國。春秋中晚期，晉國勢力北上擴展，在太原盆地和以無終為首的戎狄部落發生了一場戰爭，史稱“大鹵之役”，晉國獲勝，分封太原盆地一帶為晉國大夫祁氏之田。晉頃公在位時，晉國分祁氏之田置縣，其中最北邊的盂縣即今太原市陽曲縣東北盂縣古城，毗鄰今忻府區南境，忻府區當于此時納入晉國版圖，地屬晉國盂縣。
戰國年間，各諸侯國逐步形成了以郡統縣的政權組織形式，韓趙魏三家分晉，忻府區地屬趙國盂縣。趙孝成王十八年（前248年），盂縣被秦國攻取，秦莊襄王三年（前247年），秦國置太原郡，忻府區屬太原郡盂縣。
秦朝實行中央集權的郡縣制，據傳世文獻和出土文物考證，始皇年間置縣總數約千余。《中國歷代貨幣大系》收錄出土于陽曲的青銅貨幣，當時陽曲治所在今定襄縣，盂縣此時已不見文獻記載，說明彼時忻府區境域屬太原郡陽曲縣。
西漢時期，漢朝沿襲秦朝郡縣制度，另外設置諸侯王國與郡并行，到漢武帝元封三年（108年）郡國總數達百余個。當時忻府區境域屬并州刺史部太原郡陽曲縣，治所在今定襄縣晉昌鎮，南界盂縣（今陽曲縣東北），東界慮虒縣（今五臺縣北），北界原平縣（今原平市東），西界汾陽縣（今靜樂縣西）。西漢末年王莽篡漢，建立新朝，推行州郡縣三級制，州設州牧，忻府區境域屬并州刺史部太原郡陽曲縣。
東漢年間行政制度沿襲西漢舊制，忻府區境域仍屬并州刺史部太原郡陽曲縣。漢靈帝時期，朝廷選派重臣出任州刺史，后稱“州牧”，自此州從監察區變為行政區，地方行政由郡縣兩級制變為了州郡縣三級制。漢獻帝建安年間，陽曲縣遷至今太原市尖草坪區北，朝廷在今忻府區古城設置新興郡。《三國志》載：“省云中、定襄、五原、朔方郡，郡置一縣領其民，合以為新興郡。”新興郡屬冀州，領九原、定襄、云中、廣牧、平城、馬邑、慮虒等縣。
新興郡名沿襲東漢新興縣名，新興縣，漢靈帝時期南安郡屬縣，后被廢。新興郡治九原縣，九原縣原為五原郡郡治，治今內蒙古自治區包頭市西，后內遷治今忻府區古城。定襄縣，原為定襄郡，治今朔州市右玉縣東北，后內遷治今定襄縣晉昌鎮。云中縣，原治今內蒙古自治區托克托縣東北，后內遷治今原平市西南。廣牧縣，原屬朔方郡，內遷屬新興郡，治今晉中市壽陽縣西北。平城縣，原屬雁門郡，治今大同市東北，后內遷治今代縣東北。馬邑縣，原屬雁門郡，后屬新興郡。慮虒縣，原屬太原郡，后屬新興郡，治今五臺縣東北。
新興郡設立是忻府區境域行政建置的開始，奠定了之后忻府區一千多年行政區劃沿革的基礎。
三國時期，曹丕代漢稱帝，建立魏國，266年司馬炎改國號為晉，曹魏遂亡。忻府區行政區劃沿襲東漢末期行政建置不變，依然是新興郡九原縣治所，領九原、定襄、云中、廣牧、平城、馬邑、慮虒7縣。西晉晉武帝在位期間，新置雁門郡，將原屬新興郡的平城、馬邑兩縣歸屬雁門郡，廢慮虒縣，故新興郡領九原、定襄、云中、廣牧四縣，后增置晉昌縣。晉惠帝時期，新興郡改名晉昌郡，郡治九原，領縣名數不變。
十六國時期，忻府區境域相繼屬匈奴劉淵、后趙石勒、前秦苻健、前燕慕容儁、西燕慕容沖、后燕慕容垂，以及北魏、北齊、北周等政權統治疆域。晉惠帝永興年間，晉昌郡被匈奴劉淵短暫占領，后由并州刺史劉琨收復。晉愍帝在位時期，晉昌郡屬后趙疆域，晉昌郡更名定襄郡，屬并州，領九原、定襄、云中、晉昌，后改定襄郡為新興國。351年，后趙并州刺史張平投降前秦，更名新興郡，屬并州，領九原、定襄、云中、晉昌。
北魏時期，開國皇帝拓跋珪攻占新興郡，初時屬并州，治定襄，領九原、定襄、云中、晉昌、平寇、三堆、朔方、定陽、平河等縣。明元帝永興年間，置秀容郡，領秀容、肆盧、敷城。太平真君在位期間，改肆盧為肆州，這是忻府區境域州一級建置的開始，肆州治九原，領新興、秀容、敷城、肆盧四地。同年，新興郡所轄云中、九原、晉昌并入定襄，三堆、朔方、定陽并入平寇，平河并入蒲子。孝文帝太和年間，恢復慮虒縣建置，改名驢夷，治今五臺縣，屬新興郡，而雁門郡劃歸肆州。新興郡后改名永安郡，郡治位于今定襄縣，陽曲縣劃歸永安郡領屬。北魏末期，肆州領永安、秀容、雁門三郡：永安郡領定襄、平寇、蒲子、驢夷、陽曲；秀容郡領秀容、敷城、肆盧；雁門郡領廣武、原平。東魏時期，肆州治九原城，領永安、秀容、雁門三郡：永安郡領定襄、陽曲、驢夷、平寇、蒲子；秀容郡領秀容、敷城、肆盧、石城；雁門郡領廣武、原平。（李培林）
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