柏林沟建葭萌分县93年。公元221年蜀汉先祖刘备在成都称帝后，将葭萌县拆迁至东山下(今广元市城)。柏林沟改设两驿站：葭萌驿于明季改柏林驿、歇马驿(今向阳村石圈子)。明万历25年(1597)翰林学士黄辉撰“岚桥碑记”、《广元县志》《保宁府志》《四川通志》均有柏林沟建县治的记载。

明代广元县在城内设坊，近城设厢，乡村设里。广元县下设6里，在柏林沟设置柏龙里。浅初柏龙里改柏龙乡。

明初洪武30年(1397)广元县设置葭萌分园、明季改柏龙分司，分司衙门设在公田傍

(今郭治安住房处)马场交界地方有条立山沟，得名“分司沟”至今朐。清初遭火灾，分司衙门移魁星街(今张金佛住处)。分司设总爷、师爷(信司)、衙役、禁子30余人，还设有监狱(冯开兴旧旅馆处)。柏龙分司辖柏龙、金帽二堡。柏龙堡辖柏林、元山、龙潭三驿。金帽堡辖王家坝、磨滩子、新场沟(今子云乡)、邋遢坡(今晋贤乡)。柏龙分司设置柏林沟512年。清宣统2个(1910)废除分司，柏龙乡改为十四团区，团防局设于柏林沟。设团正，又名团总。

民国7年(1918)柏龙、金帽二堡分治。各自以堡设团防局，柏龙堡分出龙潭驿，团设团总，保设保正。柏龙团防局上至元山驿、石井铺、新场为上柏龙；柏林沟为中柏龙；清水铺、龙凤场、赖村坝(今文村乡)为下柏龙。

民国22-24年(1933.7—1935.3)红四方面军进军柏林沟。在柏林东部建赤岚寺乡苏政府为第七乡。辖干堰塘、三家店(明安村内)、李家巷子(今长岭村内)三个村苏政权。在西部柏林广善寺(开初设关帝庙)建柏林乡苏政府为第八乡。辖关帝庙(今清水乡关帝庙村)、玄贞观(今太公镇玄贞村)、岚黎寺(今岚黎村)、冯家坪(今冯家坪村)、陶家拐(今向阳村)、乔家坡(今帽盒山村)6个村苏政权。

1934年1月红军，反川军围攻暂时撤离。

1934年8月，红军第二次进军柏林沟，恢复了乡村政权。柏林、赤岚两乡苏政府，建政一年多时间，参加红军达300余名。建国后报经广元县人民政府，被批准牺牲和失踪的红军烈士80名。健在离休老红军将、校李子金、赵玲2名。红军于1935年3月31日渡嘉陵江北上抗日。柏龙团防局改名联保办事处，机构从柏林沟迁石井铺。

民国27年(1938)改名柏龙乡公所，乡治迁新场。柏林沟为第八保办公处。直至1949年12月14日(民国38年10月25日)共产党解决广元县，同时解放了柏林沟。

1950年8月1日，建立柏林乡人民政府、乡农民协会。选出正副乡长、正副主席、自卫中队长、乡文书等。同时建村、组，废保甲。机构设置柏林街魁星阁。

1952年冬移广善寺。

1951的冬，广元县人民政府决定，在冯家河(今石井铺乡长岭村)增设共和乡。将柏林乡管辖的新农、明安、马蹄滩村，划归共和乡管辖。?

1955年10月，广元县人民政府又决定：撤销共和乡，合并柏林乡。同时将柏林乡所辖的大树村划归太公镇。

1966年11月，又将新民村划归太公镇管辖。?

1958年11月人民公社化后，将柏林乡人民政府改为柏林人民公社管理委员会。

1980年全国地名普查时，为了不出现看同名公社，把柏林公社加了个“沟”字，定名为柏林沟人民公社。?

1984年1月，取消了公社、大队之名，恢复了柏林沟乡和7个村的村名。?

1995年12月26日，将柏林沟乡改建为柏林沟镇至今。

2014年入选全国重点镇名单。