鄂托克旗地区早在新石器时代就有人类活动。
“河套人”就在鄂托克旗一带生息、繁衍，今阿尔寨石窟（百眼窟）、桂勒斯太（樱桃山）等地区发现新石器时代“河套人”遗址。
商代、土方、鬼方等方国和北羌、熏育等民族游牧于此地，他们大多是“居溪沟，各有君长”。
西周时，鄂托克旗一带为猃狁等游牧部落的活动区，统称戎狄。
[21]春秋时期，朐衍等部落游牧于旗境西南边沿。
至战国时期，林胡、楼烦移居此地。
此后很长的历史时期内，鄂托克旗大部分地区成为匈奴民族重要的活动地区。
秦始皇三十年（前215年），划属北地郡。
汉元朔二年（前127年），入朔方郡，境属临戎、修都县。
东汉建武二十六年（50年）后，南匈奴等部众入居，鄂托克旗属右贤王屯领的朔方郡。
两晋十六国时，为前后赵、前后秦属地朔州境。
北魏天赐四年（407年），赫连勃勃建立大夏国，鄂托克旗隶属夏国夏州。
北魏态帝始光四年（427年），北魏占领整个鄂尔多斯，形成南北朝对峙局面，此时鄂托克旗分属于西安州、薄骨律镇和沃野镇。
隋炀帝大业元年至三年（605－607年），改州为郡，鄂托克旗地区分属灵武、盐川二郡。
唐初为安置内附突厥人的鲁、丽、舍、塞、依、契六胡州地区，后并为匡、长二州。
唐开元二十六年（738年），置宥州，境置延恩、归仁、怀德三县。
元年八年（813年），在经略军（故城址在包乐浩晓）设新宥州，下辖延恩、长泽二县。
[21]五代十国时期，党项拓拔思恭子弟历任定难军节度使，鄂托克旗地盘分属定难节度使和中央王朝的灵盐节度使。
北宋宝元元年（1038年），归属西夏。
西夏乾定四年（1226年），成吉思汗亲征西夏，在鄂托克旗西部休整兵马，西夏乾定五年（1227年），灭西夏，鄂托克旗始为蒙古汗国领地。
[21]元代，除旗境西部划属甘肃行省宁夏府路外，余为察罕脑尔皇室封地。
明洪武六年（1376年），鄂托克旗分属宁夏卫和东胜卫，隶属陕西行都司。
天顺六年（1462年），蒙古部落入居鄂尔多斯，弘治十三年（1500年）巴图孟克达延汗恢复万户组织，鄂托克旗属右翼三万户济农巴尔斯博罗特所辖鄂尔多斯万户之地，后一直属巴尔斯博罗特之孙拜桑忽尔及其后裔的领地。
清天聪九年（1635年），鄂尔多斯万户孛儿只斤·额磷臣率部内附归清，后清廷册孛儿只斤·额磷臣为伊克昭盟鄂尔多斯左翼中旗（原郡王旗，后与鄂尔多斯右翼前末旗合并为今伊金霍洛旗）扎萨克，晋多罗郡王爵，兼伊克昭盟盟长。
至此，鄂尔多斯始建盟旗制。
清顺治六年（1649年），清廷蒙古鄂尔多斯万户分为：鄂尔多斯左翼中旗（原郡王旗），鄂尔多斯左翼前旗（今准格尔旗），鄂尔多斯左翼后旗（今达拉特旗），鄂尔多斯右翼中旗（今鄂托克旗），鄂尔多斯右翼前旗（今乌审旗），鄂尔多斯右翼后旗（今杭锦旗）；后增设鄂尔多斯右翼前未旗（原扎萨克旗，后与郡王旗合并为今伊金霍洛旗）。
6个札萨克旗，置伊克昭盟。
原拜桑忽尔诺延及后裔所据克扣特、锡布沁、乌喇特、唐古特等部落组成鄂尔多斯右翼中旗，下设15哈喇（参领区）83个苏木（佐领）。
[21]民国年间，仍实行盟旗制度，仍称鄂尔多斯右翼中旗。
民国十九年（1930年），旗境设沃野县。
民国二十五年（1936年），将旗衙门改为旗政府。
民国三十年（1941年），旗境设桃力民办事处。
民国三十一（1942年），在参领区内实行保甲制度，但一直到全国解放，哈喇、苏木和保甲制度同时并存。
1949年8月23日，鄂托克旗和平解放，同年9月7日，成立临时自治政府。
1950年2月，成立鄂托克旗人民政府。
[21]1980年，南部10个人民公社分置鄂托克前旗。
1997年，将巴音陶亥乡、巴音陶亥农场和碱柜乡的巴音、新地、黄河、三坝四个村划入乌海市。