据史籍的介绍，段氏的前身为复姓段干氏。《风俗通》说，战国初年魏有段干木，他的子孙迁入西关后，有的承其复姓段干，有的在姓氏中去掉干字，单姓段。

段氏家族除源自段干氏的一支之外，还有传自公叔段和出于辽西鲜卑族的两支。

据《左传》记载，郑武公姬掘突在今河南建立建立新郑国，武公之妻武姜生长子庄公时难产，因此不喜欢他，而喜欢小儿子段。后来武姜求武公让段继位，武公不同意。庄公继位后，武姜又求把制（今河南汜水）作为叔段的封地，庄公不同意，后把京（今河南荥阳）封给段，时人称段为京城大叔。段不断扩张势力，和母亲合谋袭击庄公，被庄公发现，命子封率兵伐焉（今河南鄢陵），把叔段打的大败，段逃到今河南辉县境地，其后代一部分以他的名为氏，姓了段。

源自辽西鲜卑族的段姓。西晋时，鲜卑族的一个部落首领叫段务目尘，被封为“辽西公”，他的封地中有3万余家分布在辽西一带。后在今甘肃武威，段氏成了望族。此后他们不断被汉人同化。

另外， 还有一支出自唐宋时期的段氏。在今云南大理白族自治州一带，“白蛮”出身的段世平建立了大理国。“白蛮”也就是白族的前身，而段姓又一直是白族中的大姓，大理国灭亡后，又有更多的白族人改姓段，在如今的大理，段姓仍是大姓之一。

我国历史上，比较著名的段姓人物在先秦时期就有一位段规，曾被韩康子礼聘为相。西汉时期的段会宗，任西域都护，后曾率兵安定乌孙贵族的内争，加强了中原和乌孙的联系。唐代有文学家段成式；金国有段克己、段成己兄弟二人，皆为文学家。清代有文字训诂学家、经学家段玉裁，江苏金坛人，著有《说文解字注》等，是研究文字训诂学的重要著作。近现代，段姓名人有北洋军阀首领段祺瑞及湘鄂西革命武装根据地创建人之一的段德昌等。

段姓在当今中国以人口数量多少排名的姓氏中位于第87位。