三元原属沙县辖境，其地名由来已久。远在唐代，因当地有一安氏产下三胞胎，长曰龙元，次曰狮元，末曰豺元，英杰有名于世，而取地名为三元。宋朝为沙县二十二都的一个小村庄。明代中叶辟墟设镇，明清设三元里，民国后设三元镇。
1939年，从沙县划出设立三元特种区。1940年，增划毗邻的沙县、明溪、永安县部分地方设置三元县，三元镇改称三民镇。1950年解放时仍称三民镇，属梅列区所辖。1954年，三民镇改称城关镇，仍属梅列区。1956年，三元、明溪两县为三明县。1963年，与明溪县分开建置，改称三明市，隶属三明专区。1983年，地、市合并后，设立三元区。
1984年，三元区辖城关街道、白沙街道、富兴堡街道、荆西街道、莘口镇、城东乡、岩前乡、中村乡，共有29个居委会、47个村委会。
1992年，全区面积811平方千米，共有37754户，136307人，其中农业人口52509人。辖城关、白沙、富兴堡、荆西4个街道和莘口、岩前、中村、城东2镇2乡。区政府驻城关。
2000年第五次人口普查，三元区常住总人口180231人，其中：城关街道59554人，白沙街道37876人，富兴堡街道23026人，荆西街道3658人，莘口镇16611人，岩前镇19091人，城东乡7340人，中村乡13075人。
2010年第六次人口普查，三元区常住总人口198958人，其中：城关街道65909人，白沙街道35538人，富兴堡街道28279人，荆西街道11713人，莘口镇16905人，岩前镇18188人，城东乡10744人，中村乡11682人。
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