南口镇位于昌平卫星城西北部7.5公里处，南距北京德胜门38公里，北距八达岭长城18公里，东距明十三陵9公里，是昌平卫星城重要组成部分之一。
南口镇属于昌平区西部半山区镇。
南口镇地域面积201.7平方公里，其中64%面积为山区，山场面积120平方公里（18万亩），林木覆盖面积15万亩，森林覆盖率58.41%，林木绿化率76.75%，空气含氧量为0.487kg/m，空气的负离子浓度为2500个/cm，是北京市城区的11.5倍。地区山最高峰青水顶海拔1239米。全镇有28个行政村(17个自然村)，11个社区居委会，镇内驻有海陆空驻军部队22家，中央、市、区、镇属企事业单位459家。2004年，南口镇的各项工作坚持以发展为主题，以结构调整为主线，以提高人民生活水平为出发点，集中精力抓好重点工作、重点工程和新的经济增长点，营造投资兴业的热点地区。
南口镇处燕山山脉和华北平原交接处，因处关沟，居庸关南，故名。北魏时称下口，北齐时称夏口，元代初年在此重新筑城。始称南口城。城为不规则的长圆形，跨东西两山，南北开城门两个，东侧山下设水门两座。整个城除南北城门和楼门用砖外，其余墙体均为虎皮石。自古就是交通要塞，历代兵家必争之地，四处关城多次修缮，也多次被毁。大部分城墙已不存在，只有南城墙较为完整。城墙高5米，上宽3.5米，下宽5米。东西长约300米。南门外尚存照壁一座。京张铁路、京张公路经此。镇域面积203.5平方公里，其中山场面积占总面积的60%；人口24000人。南口镇是首都城市生态环境保护圈的重要组成部分，也是京津风沙源治理的重点地区。
南口同八达岭、居庸关都是古代华北与塞外的交通要冲。
民国元年（1912年）即成为建制镇。
1947年以前，南口镇为昌平、延庆两县共管，以平绥（今称京包）铁路为界，分为铁道南和铁道北两部分，铁道南属河北省昌平县，铁道北属察哈尔省延庆县。1949年2月，铁道南、北统一建制称南口镇，同年4月全镇划归昌平县管辖。
南口原指镇北1公里处的南口村（即南口城），因位于关沟的南口，故全称为居庸关南口，简称南口。因清朝末年京张铁路的南口火车站建在今址，商品交易中心遂由南口村逐渐转移至南口火车站附近，经过数年的迅猛发展建设，城镇规模远远超过了南口村，所以，南口镇又称大南口，南口村则称为小南口。
兴建南口镇源于建造京张铁路。光绪二十九年（1903年），商人李明和首先提议由商家出资建造、管理京张铁路。清政府虽不赞成商办，却由此对这条铁路重要的战略地位引起了高度重视。直隶总督兼督办关内外铁路大臣袁世凯在奏折中也认为：京张铁路为“南北互市通衢，每年运输货物如蒙古一代所产之皮毛、驼绒贩运出洋，与南省销蒙古多处之茶叶、纸张、糖饯、煤油等杂货均为大宗，计其价值颇称巨数。……议提关内铁路余利，拨修京张工程……作为中国筹款自造之路。”在此之前，由于清政府已将筑路权拱手让给了俄、英帝国主义，清政府决定建造京张铁路之后，俄国搬出《中俄密约》，借口“中国长城以北的铁路不能由第三国承建”，企图独占京张铁路的修筑权。英国则借口“京张路是关内外铁路的延长线，必须由英国工程师继续承办，否则不能拨款”，对清政府进行威胁。双方勾心斗角，争吵不休，清政府不敢得罪任何一方，为了缓和英俄之间的利害冲突，决定由中国人詹天佑担负起建路任务。
光绪三十一年九月初四（1905年10月2日），京张铁路正式开工了。在规划设计南口火车站时，詹天佑考虑到南口村附近都是农民赖以生存的良田，而且两山之间的发展空间相对狭小，就将站址选定在南口村南1公里处的荒石河滩上。光绪三十三年（1907年）四月，詹天佑升任总办兼总工程师后，为了随时了解工程进度，及时解决施工难题，他将总工程师办事处移至南口火车站，以便每天都能到工地上指挥施工。经过一万多名中国铁路工人将近四年的共同努力，京张铁路于宣统元年八月十二日（1909年9月25日）建成通车，用银693.5万两，比原预算省银28.8万两，在中国和世界铁路史上留下了光辉的一页。早在京张铁路建造之初，詹天佑等人就商议在沿线建立一座集装修机车、客车、货车为一体的工厂，经过反复论证，认为机车在关沟段的崇山峻岭中运行容易发生事故，最后决定将工厂建在南口火车站附近，以便于抢修。
光绪三十二年（1906年）七月，南口机车车辆机械工厂的前身—京张制造厂，在南口火车站北侧诞生。宣统二年（1910年）二月，更名为南口机车厂；民国五年（1916年）11月，改称南口机厂；这个名称一直沿用到1949年。从1906年起，以南口火车站和京张制造厂为中心，一个集交通枢纽、商品集散地及文化、居住中心为一体的现代化城镇迅速形成。为了保证南口镇的社会治安，从清末起，在主要街道的出、入口及衔接处都设立了木栅栏，日夜有警务人员守卫，直至解放初才陆续拆除。
1948年12月12日，昌平人民获得了新生，南口镇的地位日益显赫。1949年4月至8月，察哈尔省南口专员公署就设立在南口镇。
1958年建南口大公社，1979年改南口镇公社，1983年改南口乡，1987年改南口镇，1990年析建道南镇。1961年建桃洼公社，1983年改桃洼乡。1997年12月，撤销道南镇和桃洼乡，并入南口镇。1999年，将原土楼乡的李庄村、响潭村和原南口农场划归南口镇；同年撤销南口镇，设立南口地区办事处。
