保科氏是清和源氏源頼信之子井上赖季的后裔，出身于信浓国保科。正则一代开始居住在信浓伊奈郡高远城。正则的儿子便是武田家的名将保科正俊(1510～1592)，他曾先后侍奉于武田信玄和武田胜赖，并立下多次战功。由于他善于用枪，因此被称为枪弹正，他和真田幸隆（攻之弹正）、高坂昌信（逃之弹正）一起并称武田三弹正。
天文十一年（1542），正俊之子正直于高远城出生，同他的父亲一样，正直也侍奉于信玄、胜赖。天正十年武田氏灭亡时，正直正帮助信玄的五子仁科盛信守护高远城，顽强抵抗织田军的进攻，但是由于寡不敌众，高远城最终陷落，盛信自杀，而正直则在落城前逃了出去。
武田氏灭亡后，正直依靠小田原的北条家再度兴起，帮助北条势夺得高远城，正直也再次回到了高远城并成为城主。之后，徳川家与北条家在甲斐国发生冲突，正直则通过酒井忠次的引介，投靠了徳川家，并被家康赐予伊奈郡一半的领地。由于劝降同郡箕轮城城主藤沢赖亲未成，正直也开始了对田中城的攻略。
天正十二年，正直迎娶家康的异父妹妹多却姫为妻，从而正式确保了他在高远城的地位，天正十三年，石川数正和小笠原贞庆一起攻击了高远城，但被正直的击退，小笠原家的多名武将被讨取。
保科氏正式成为大名始于正光(1561～1631)一代。正光是正直的嫡子，母亲是真田昌幸的四女。正光从小就作为侧近侍奉于家康，并随正直参加了小牧?长久手之战和小田原之战，家康移封至关东后，正光被赐予下总国多胡一万石的领地。关原合战后，正光又被转封到了保科氏的旧领地高远城，领有二万五千石。由于大坂之阵时守卫淀城并且立下了战功，领地被加封至三万石。之后正光收养将军德川秀忠的三子正之为养子，并将家督之位让与正之，正之则将姓改为松平。宽永十三年（1636），松平正之被封于出羽二十万石，后又増加了三万石，移封到了会津若松，幕末时期的松平容保即是正之的后裔。
同正光一样，正直的三子正贞(1588～1661)小的时候也是家康侧近，他的母亲是家康同母异父的妹妹（久松佐渡守的长女）。元和元年(1615) 正贞跟随正光一起参加了大坂夏之阵。宽永14年（1637），松平正之将保科家相传的宝物让与正贞，使保科氏旗本家得以续存。庆长七年（1648）正贞被封于上总国饭野，领有一万七千石。
