段氏的姓已有2700年的歷史，同中國不少姓氏一樣，其形成並非單一。

據史籍的介紹，段氏的前身為複姓段幹氏。《風俗通》說，戰國初年魏有段幹木，他的子孫遷入西關後，有的承其複姓段幹，有的在姓氏中去掉幹字，單姓段。

段氏家族除源自段幹氏的一支之外，還有傳自公叔段和出於遼西鮮卑族的兩支。

據《左傳》記載，鄭武公姬掘突在今河南建立建立新鄭國，武公之妻武姜生長子莊公時難產，因此不喜歡他，而喜歡小兒子段。後來武姜求武公讓段繼位，武公不同意。莊公繼位後，武姜又求把制（今河南汜水）作為叔段的封地，莊公不同意，後把京（今河南滎陽）封給段，時人稱段為京城大叔。段不斷擴張勢力，和母親合謀襲擊莊公，被莊公發現，命子封率兵伐焉（今河南鄢陵），把叔段打的大敗，段逃到今河南輝縣境地，其後代一部分以他的名為氏，姓了段。

源自遼西鮮卑族的段姓。西晉時，鮮卑族的一個部落首領叫段務目塵，被封為“遼西公”，他的封地中有3萬餘家分佈在遼西一帶。後在今甘肅武威，段氏成了望族。此後他們不斷被漢人同化。

另外， 還有一支出自唐宋時期的段氏。在今雲南大理白族自治州一帶，“白蠻”出身的段世平建立了大理國。“白蠻”也就是白族的前身，而段姓又一直是白族中的大姓，大理國滅亡後，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。