三元始属沙县地域，明成化年间(1465-1478)为沙县二十二都的一个村庄，明代中叶才辟墟设镇。
1939年1月4日，成立三元特种区署（为二等区署），直属福建省政府。
2月1日正式对外办公。
1940年设置三元县，属第二行政督察区。
1947年始，三元县属第六行政督察区。
1956年7月，三元、明溪两县合并设置三明县。
1959年2月，三明县与福建省三明重工业建设委员会合并，设三明人民公社筹备委员会(地级)。
1960年1月，原三元县区域设立省辖三明市（地级），三明县（原明溪县域）划归三明市管辖。
1970年，三明专区改称三明地区，三明市属三明地区。
1983年5月，三明地区撤销，地辖三明市改设为省辖三明市，为三明市辖三元区。
2021年2月撤销梅列区、三元区，成立新的三明市三元区。