秦汉时为秽貊地。后汉三国时属扶余国，《后汉书》载“夫（音扶）余国在玄菟北千里，南与高句丽，东与挹娄，西与鲜卑接，北有弱水，地方两千里，本濊地也”。
北魏时属勿吉（音莫吉）国，“乃旧肃慎国也”。
北齐河清二年（563年）勿吉始称林朝。“税路分为七部，有票末部、伯咄部、安车骨部、拂涅部、号室部、白山部、黑水部”。黑水部以嫩江下游“大黑水”而得名。通古斯语为“郭尔罗斯”即今肇源县之旧称。
唐·圣历三年（698年）三月三十日，唐帝武则天下诏，将妹弱、契丹、突厥、室韦划为四春、我县境属之。 唐·开元七年（719年）六月，唐玄宗令黑水诸路为“黑水都督府”，其下各部置刺使。
开元十三年（725年）置黑水军。
贞元年间（785——805年），役属于渤海国，“不复与（唐）王会矣”。
903年契丹夷离堇耶律阿保机北伐来境。由此，成为契丹人的“戌境内，居境外”之地。北府宰相萧思温在今民意乡他什海古城建立头下军州（皇后店），隶属上京道。
金·收国元年（1115年），县境划属西北路。延设郭尔罗斯、兀速、结石烈三个猛安。
金·天会八年（1130年），“以太祖兵胜辽，肇基王绩于此”在出河店址建立“肇州”（今茂兴镇勒勒营子古城址），同时在其西北五里的莽海古城建始兴县。初隶属上京路会宁府。
海陵时（1149—1161年）“尝为济州支郡”。
承安三年（1198年）肇州以“太祖神武隆兴之地，升为节镇，军名武兴。”
贞佑二年（ 1214年）肇州置招讨司。同年，成吉思汗在“裂士分封”中，我县境为哈布图哈萨尔的世袭封地的一部分。
元·至元三十年（1293年）七月，建立肇州（今肇东市四站镇八里城古城）隶属辽阳行省开元路。境内沿置兀速（雾松）、憨哈纳思（郭尔罗斯）、乞里吉思（给石烈）三个部落。
元·至元三十一年（1294年），罢肇州宣慰司，并入辽东道。
元·元贞元年（1295年），“立肇州屯田万户府，以辽阳行省左丞阿散领之”。
元·延右三年，“置肇州女真千户所”。
明·嘉靖二十六年（1547年）六月，蒙古武力东移，哈布图哈萨尔的十六世孙布巴什惕那颜驻牧嫩江下游两岸，号所部为“郭尔罗斯”。
清·顺治五年（ 1648年）十二月二日，郭尔罗斯部酋长布木巴被册封为镇国公爵，掌郭尔罗斯后旗扎萨克，此为旗治之始。
光绪三十二年（1906）设肇州厅，治所设在今肇源城。实行蒙汉分治。
民国初，省以下设置沿袭清制，分为道、府、厅、州、县。
民国二年（1913）l月23日，奉大总统令废府、厅、州，存道、县由厅改县后隶属龙江道，肇州县城设今肇源城，名称肇州，3月20日执行。7月肇东分防厅晋升为县，旗境东部为肇东县，西部为肇州县，蒙汉三个政权并存，继续实行蒙汉分治。伪满洲国属黑龙江省。
1932年伪县公署因洪水迁到薄荷窝堡。
1934年又因洪水迁到“老城基”（今肇州址）。
1934年12月1日结束蒙汉分治。
1935年郭尔罗斯后旗公署由四站老爷屯迁至肇源城，实行旗制。仍用郭尔罗斯后旗名称，隶属滨江省。
1945年12月20日，民主政府成立。郭尔罗斯后旗隶属嫩江省，省会在齐齐哈尔。隶属哈西专员公署。
1947年2月7日，黑龙江省和嫩江省合并，称黑嫩省，本旗属第四专区，专署驻肇州县。是年9月17日，撤销黑嫩省，恢复黑龙江省和嫩江省建制，本旗仍属嫩江省。
1949年5月5日，嫩江省与黑龙江省合并为黑龙江省，本旗隶属之。
1954年8月1日，黑龙江省与松花江省合并为黑龙江省，原署各县旗皆属之。
1956年4月 11日，经国务院批准，郭尔罗斯后旗政府奉令改称肇源县。此为“肇源县”之始。
1958年8月27日，肇源县隶属松花江专署。
1965年6月14日，松花江专署改为绥化专署，肇源县随属。
1992年划大庆市管辖。
