La evolución espaciotemporal de la urbanización de la población y su relación con variables económicas son aspectos importantes de la investigación socioeconómica y esenciales para revelar el mecanismo de construcción y evolución urbana. Para estudiar la heterogeneidad espacial y los mecanismos de influencia de la urbanización de la población en los tramos superiores del río Amarillo, este estudio investigó la distribución espacial y la evolución dinámica de la urbanización de la población utilizando análisis de densidad nuclear, análisis exploratorio de datos espaciales y el modelo de detector geográfico. Los resultados mostraron que la tasa de urbanización de la población en los tramos superiores del río Amarillo aumentó anualmente desde 2000 y que la curva de densidad nuclear cambió de un modo unimodal en 2000 a un modo bimodal en 2018. La distribución espacial del nivel de urbanización de la población fue desigual, es decir, alta en el norte y baja en el sur, con una considerable aglomeración espacial y autocorrelación espacial. La principal distribución de puntos calientes se encontraba en el área de Yinchuan en el norte, mientras que los puntos fríos se distribuyeron principalmente en el sur. El análisis reveló que los cambios en el nivel de urbanización de la población se debieron principalmente a la influencia de oportunidades económicas y de empleo, como el PIB regional, el PIB per cápita, la proporción de la industria terciaria en el PIB y las ventas minoristas totales de bienes de consumo.