青海省具有悠久的歷史。在距今約3萬年的舊石器時代晚期，青海西部已有人類活動。省內中石器時代文化有拉乙亥遺址，新石器時代有馬家窯文化的大量遺存，青銅器時代有齊家文化、卡約文化、辛店文化、諾木洪文化等豐富的遺蹟遺物。秦代以前，青海一直是羌人的主要活動區域。
漢魏南北朝時期的青海
在西漢之初，生活在青海地區的羌族遊牧部落大概有數十個。他們過著“逐水草而居”的生活，主要從事狩獵及原始畜牧業和農業生產。因北方匈奴強大，河湟羌人臣服於匈奴。原居河西走廊的月氏人遭匈奴攻擊後被迫西遷，少部分逾祁連山南遷到湟水流域與羌人雜居，史稱湟中月氏胡。公元前2～1世紀，西漢王朝先後擊敗了匈奴及羌人的進攻，進兵湟水流域，建立地方政權，興修水利，廣設屯田；並在今西寧筑西平亭，於今湟中鎮海堡、樂都老鴉城分別設臨羌縣和破羌縣。漢武帝時又設“護羌校尉”，管理甘肅和青海東部諸羌事務。神爵初，漢宣帝遣後將軍趙充國平定青海先零羌等羌人，漢軍採取鎮撫結合的手段，使羌人歸附，置金城屬國，安置降羌。西漢末年，在今海晏縣三角城置西海郡，下設修遠、臨羌、興武、罕虜、順樂5縣，同時在河湟流域廣設屯田，促進了青海東部的開發，其餘廣大地區則仍為羌人遊牧地。東漢政權建立以後，在今民和縣古鄯邑設金城郡，下設允吾、浩門、臨羌、破羌、安夷5縣。東漢末年，曹操在西寧設西平郡，轄臨羌、西都、破羌、安夷、白土、浩門6縣。這時的西寧已日漸成為邊陲重鎮。
西晉時，西平郡轄西都、臨羌、安夷、長寧等4縣，白土、浩門兩縣改屬金城郡。十六國前涼時期，分西平郡地置晉興郡（治今民和上川口），西平郡（治今西寧市）轄西部（治今西寧市）、臨羌（治今湟中多巴）、安夷（治今平安）、長寧（治今大通長寧）4縣，並節制今海北州地。其中，西都縣轄今西寧及湟中、互助的部分地區。376年前涼被前秦所滅，青海東部名義上屬前秦的控制範圍，實際上被當地羌族各部落佔據。後涼時期，改西平郡為西河郡（治今西寧），轄西部、臨羌、長寧、安夷4縣。南涼時期，改西平郡為河湟郡。
北魏時期，改西平郡為鄯州。西魏時期，在今循化、貴德一代設置澆河郡。北周時期，在今尖扎縣設置達化縣。4～6世紀，吐谷渾人在青海建立吐谷渾國，至663年亡於吐蕃為止，統治青海長達300多年。這一時期，“絲綢之路”因河西走廊東段經常發生戰亂而受阻，青海遂成為東西方交通孔道之一，青唐城（今西寧）則成為東西方交通要站。
隋唐至宋元時期的青海
隋初，隋政權在保留北周所設鄯州、廓州的基礎上，廢除郡一級建制，將7縣合併為4縣。這兩個州僅管轄河湟地區，青海的其餘部分依然在吐谷渾和党項統治之下。隋煬帝大業三年（619），隋煬帝楊廣親征吐谷渾，在打敗吐谷渾之後，覆在西寧設西平郡，新置龍支縣（今民和、循化縣），並在吐谷渾都城伏俟城置西河郡，轄宣德、威定兩縣；在赤水設河源郡，轄赤水、遠化兩縣，分別控制青海西部和南部地區。
唐初，青海東部屬於隴右道，改西寧郡為鄯州，轄湟水、龍支、鄯城3縣。當時，吐谷渾控制著黃河源一帶地區，而崛起的吐蕃在統一西藏之後，向青海擴張，佔據了廣大草原。安史之亂以後，青海全為吐蕃控制。唐末青海雖曾短暫歸唐，但不久之後便陷入了地方割據勢力和大小宗教首領的統治之下。
宋朝，廝囉漸漸掌握了青海的主動權，以青唐城（今西寧）為中心，在河、湟、洮地區建立了以吐蕃為主體的地方政權，臣屬於宋。宋徽宗初年，廝囉政權勢力日衰，宋軍遂進佔河湟地區，攻取邈川和青唐城，改邈川為湟州，青唐為鄯州，並於1103年把鄯州改名“西寧州”，從此西寧一名沿用至今。北宋亡後，金和西夏佔有河湟地區約一個世紀。
南宋時期，成吉思汗發動戰爭，把青海東部地區納入蒙古汗國版圖。忽必烈建元之後，於舊甘州之地設甘肅行省，今青海東部湟水流域諸縣均受制於西寧州，而西部廣大地區則歸河州的“吐蕃等處宣慰使司”管轄。
明清至民國時期的青海
明初，改西寧州為西寧衛，下轄西寧、碾伯、鎮海、北川、南川、古鄯6衛，並在今柴達木和海北地區增設安定、阿瑞、曲先、罕東四衛，歸西寧衛統轄；在青海東南部設積石、貴德兩州，歸河州衛管轄。明朝中葉，蒙古族進入青海，以柴達木為中心，迫使土著藏民退居黃河以南。
清初，南部藏族又進入青海湖南北，蒙藏雜居至今。清代改西寧衛為西寧府，設西寧夏、碾伯縣和大通衛；並設立欽差“總理青海蒙古番子事務大臣”，管理蒙古各札薩克和果洛、玉樹等藏族部落。這些措施為後來青海建省鋪平了道路。清末，又設置西寧、碾伯、大通3縣和巴燕戎格、丹噶爾、循化、貴德四廳。
1912年9月，袁世凱任命原西寧府知府廉興為青海辦事長官，任命馬麒為西寧鎮總兵。次年，廉、馬共同主持祭海會盟，致電北洋政府，表示擁護共和。自此，青海全境正式歸附中華民國。1928年9月5日，南京國民政府決定新建青海省，將原甘肅省西寧道所屬之西寧、大通、碾伯、循化、巴燕戎格、丹噶爾、貴德7縣以及日月山以西的廣大牧區劃歸青海省管轄，治設西寧。1929年1月，青海省正式成立。1949年9月5日，西寧解放。1949年9月26日，青海省人民軍政委員會宣告成立。1950年1月1日，青海省人民政府正式組成，以西寧為省會。
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