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海西历史悠久。
古为西羌地，两汉时辖境东部为先零卑禾等羌人部落活动范围，西部属“若羌国”。
汉平帝元始四年（4年），王莽置西海郡，辖境东部属之。
王莽末郡废，复为羌地。
东晋后期，辖境西部为吐谷浑属地，东部为鲜卑乙弗国地（后并于吐谷浑）。
吐谷浑首领拾寅在位时（约452年），曾在白兰（今都兰县诺木洪一带）修建城廓，至吐谷浑伏连筹即位期间（491-529年）曾建都于辖境境内，后移置伏俟城（今共和县石乃亥乡铁卜洽古城）。
隋大业五年（609年），隋军击败吐谷浑，在其地设置四郡，辖境东部属西海郡，西部属鄯善郡。
隋末，吐谷浑复据故地。
唐贞观十年（636年），吐谷浑成为唐属国。
龙朔三年（663年），吐蕃王国灭吐谷浑据有其地，辖境州曾隶吐蕃腊城节度使。
宋代，辖境西部为撒里畏兀尔（即黄头回纥）地，东部为吐蕃地方政权——角厮啰势力范围。
元代，辖境州西北地区为甘肃行省沙州路辖区，其余大部为宣政院所属吐蕃等处宣慰司辖区。
元顺帝时，设曲先答林元帅府，封卜烟帖木儿为宁王，镇守今柴达木西部地区。
明初，辖境为安定、阿瑞、曲先、罕东四卫地，由西宁卫兼管。
武宗正德七年（1512年）左右，东蒙古诸部开始进入青海，攻破塞外四卫，至此，成为东蒙古诸部统治地区。
崇祯十年（1637年），居住在今新疆卫拉特蒙古（即西蒙古）和硕特部，在其首领顾实汗的率领下进入青海，统辖辖境地区。
清雍正三年（1725年），清庭编定青海蒙古左右两翼盟29旗，辖境州境划定9个蒙古旗，统归“钦差办理青海蒙古番子事务大臣”管辖。
乾隆二十二年（1757年），班禅商上喇嘛移住巴彦托辉、岳霍洛依（即今都兰县香日德一带），为班禅香家旗。
咸丰八年（1858年），藏族汪什代海部落迁入今峻县境内驻牧，当地的蒙古北前旗北迁祁连。
至光绪年间（1875-1908年）藏族沟里、日安两个百户部落迁入今都兰县境内落居。
夜色中的德令哈市民族团结塔民国元年（1912年）7月，青海办事大臣改为青海办事长官，辖境地区属之。
次年增设蒙番宣慰使，管理蒙藏事务。
民国四年（1915年），改由甘边宁海镇守使兼管。
民国六年（1917年），归都兰理事辖，上隶甘边宁海镇守使。
民国十九年（1930年），改都兰理事为都兰县，辖境州全境，上隶青海省。
民国二十七年（1938年），在今都兰县察汗乌苏镇设立青海省第八行政督察专员公署，民国三十年（1941年），改称青海省第一行政督察专员公署，都兰县属其管辖。
此间，从民国二十四年至民国三十年（1935-1941年），生活在新疆的部分哈萨克族先后迁入辖境州境内落居。