郡域の大半が山地で、相模川やその支流域に小平野が分布する地理的特徴から旧石器・縄文時代の遺跡が数多く分布しており、早くから人々が定住していたものの、甲府盆地と比べて平野部に乏しいため弥生時代以降の遺跡は少ない。古墳時代には曽根丘陵を中心にヤマト王権の影響を受けた大型古墳が展開し、古代にも中央と関係を持った有力豪族が活動した国中地方に対し、郡域では相模川および支流域の小平野に中小規模の古墳や集落が分布する程度である。また、考古学的にも古墳時代から古代まで相模川を通じた相模国など関東地方の文化的影響が強いことが指摘されている。
都留郡の立郡と相模国との関係.
文献史学における部民の分布や考古学的知見から、天武朝期に東海道へ編入された「甲斐」は国中地方のみを指し、都留郡域はこれまで相武国造の支配領域であったとする説が提唱されており、甲斐四郡の中でも官衙所在となった山梨・八代両郡と比べて、都留郡は渡来人勢力が立郡に関わっていると考えられている巨麻郡とともに特殊な立郡経緯が想定されている。
甲斐国の東海道編入に際しては東海道支路が設定され、駿河国横走駅から分岐して籠坂峠（加古坂）を経て都留郡域へ入り、御坂峠を経て山梨・八代郡域に想定されている甲斐国府へ至る甲斐国府へ至る官路（甲斐路、御坂路）が定められたが、都留郡はこの東海道支路の設定に伴い甲斐国へ編入された可能性が考えられている。
管郷と郡家.
また、明治期に編纂された地誌書『大日本地名辞書』では「□留村」を「都留村」と解釈し都留郷域に比定し、「砥沢」は相模国鮎川郡に属する相模郷域を神奈川県相模原市緑区名倉の「那倉沢」と解釈し市内藤野地区から相模湖地区にかけての地域を郷域とし、『和名抄』では旧籍に基づいて甲斐国の郡郷として収録されたとしている。
現在では後者の説が支持されており、文献史学では磯貝正義が都留郡の郡郷配置から相模郷は相模川本流域に比定されるのが妥当としており、考古学的にも藤野地区から相模湖地区にかけて奈良・平安遺跡が分布することから後者の説が支持されている。また、後者の説に関して八巻與志夫は「砥沢」を「といしざわ」と訓じ「といしざわ」が「どおし」に変化したとする解釈から、道志川を甲相国境とする説を提唱している。