西漢太初四年（前101年），境內(nèi)古城灘曾設(shè)龜茲縣。
東漢永初五年（111年），廢。
明清時(shí)歸常樂(lè)堡領(lǐng)轄。
民國(guó)屬第五區(qū)河?xùn)|鄉(xiāng)（鄉(xiāng)公所設(shè)在牛家梁村）管轄，有四保：一保（古城灘等村）、二保（頭道河則等村）、三保（牛家梁等村）、四保（二道河則等村）。
1949年10月后，設(shè)七區(qū)（河?xùn)|區(qū)）所轄為該轄區(qū)的3個(gè)鄉(xiāng)：一鄉(xiāng)（頭道河則鄉(xiāng)）轄5個(gè)行政村，二鄉(xiāng)（牛家梁鄉(xiāng)）轄4個(gè)行政村，三鄉(xiāng)（趙元灣鄉(xiāng)）轄4個(gè)行政村。
1956年3月，將原牛家梁區(qū)的頭道河則、古城灘、牛家梁3個(gè)鄉(xiāng)，合并為榆林縣直屬鄉(xiāng)（區(qū)級(jí)）。
1958年9月，撤區(qū)并鄉(xiāng)，并成立牛家梁公社。
1959年4月，改制為牛家梁農(nóng)林牧場(chǎng)。
1960年1月，擴(kuò)建為牛家梁農(nóng)場(chǎng)。
1969年1月，將牛家梁、古城灘2個(gè)分場(chǎng)合并改制為牛家梁公社，有13生產(chǎn)大隊(duì)、61生產(chǎn)隊(duì)。
1984年7月，改為牛家梁鄉(xiāng)。
1989年7月，吳家梁村劃歸榆陽(yáng)鄉(xiāng)。
1997年11月，改鄉(xiāng)為鎮(zhèn)。