境内被国家考古界命名的原始人类文化类型有距今8150—7350年新石器早期的兴隆洼文化；距今7150—6420年的新石器中期的赵宝沟文化；距今6660—4870年的新石器中晚期的红山文化；距今5300年的新石器晚期的富河文化；距今5000—4870年新石器晚期的小河沿文化；距今4500—4200年新石器晚期、北方青铜器早期的夏家店下层文化。从考古发掘出来的石器、骨器、陶器、青铜器等生产生活器物证明，早在8千余年前境内的原始先民已经过着原始农耕、渔猎和畜牧的定居生活。
翁牛特地区曾是商、东胡、匈奴、乌桓、鲜卑、库莫奚、契丹、蒙古等北方少数民族繁衍生息之地。夏、商周至春秋时期，活动在这一带的主要是商族和东胡族，行政区划属传说中古代中国九州中之冀州。
翁牛特旗境地，自春秋至秦为东胡地，西汉为乌桓地，东汉为辽西鲜卑地。魏为东部鲜卑地。西晋属鲜卑宇文部，东晋西境为库莫奚地，东境为契丹地。隋为契丹地。居为松漠都督府地。
辽置匡义军节度，属上京道。辽乾亨三年（981年）设永州军观察，隶彰愍官，统长宁、义丰、慈仁三县。辽太祖在永州置“南楼”，为著名契丹四楼之一。太祖后诸帝冬月行帐驻此之广平渡。契丹四楼谓国家核心之所在。今本旗新苏莫苏木境内存永州遗址。辽统和十三年（995年）设丰州，为头下军州，后名澄州。今之乌丹，乃辽丰州故地。
金改永州为长宁县，属临演府路。改澄州为全州，置全州盘安节度使，州治安丰，辖卢川县和静封县。
后金天聪六年（1632年）逊杜棱、栋岱青率部归顺后金。
清崇德元年（1636年）建旗，称翁牛特左翼旗。
1947年5月，翁牛特左旗易名翁敖联合旗。
1949年3月20日，翁敖联合旗改称翁牛特旗。
1956年3月6日，乌丹县撤销，属地并入翁牛特旗。
1983年11月，昭乌达盟建制撤销，翁牛特旗归赤峰市管辖至今。
