乌海地区历史上属于黄河流域旧石器时代“河套文化”及新石器时代“仰韶文化”的范围，根据文物考证，远在一万年前，这里就开始有了人类活动的足迹。

夏时，这里为古羌族后裔羌、氐民族的游牧徙居地。西周至战国时期，乌海地区为义渠、大荔、獯粥、狁等戎狄杂居地。秦始皇灭六国统一中原后，建立了党中央集权制的封建国家，并北击匈奴，把全国分为三十六郡，其中北地郡包括今海勃湾地区。

西汉元朔二年（公元前127年），汉武帝大败匈奴，收复河套地区，设置五原郡、朔方郡。移民数十万，进行屯垦戌边，并沿黄河两岸修筑城池三十余个。仅朔方郡就辖有临戎、沃野、朔方、临河、呼遒等十县。乌海境内的新地“兰城子”就是两千年前朔方郡所辖的沃野县城，筑于西汉元狩三年（公元前120年）。这是乌海数千年历史上所设立的最早的，也是仅有的一次行政建制。

东汉永寿二年至光和元年（156—178年），今乌海市境属鲜卑占据区域。东汉末年，由于战乱，朔方郡废置，存在260余年的沃野县城也沦为废墟，渐渐从历史中消失。