“鄂托克”系蒙古語，漢意“營”或“部”，是元，明兩代蒙古“萬戶”下設行政建制，稱千戶，它是組成萬戶的小領地名稱，是地緣組織，每個鄂托克要根據人口的多寡提供一定數量的軍隊。十七世紀中葉，清朝政府以擁有軍事權力的“和碩”（旗）取代了“鄂托克”，但鄂托克一直為鄂爾多斯右翼中旗的俗稱保留下來，解放后正式成為行政區劃名稱。

西周時，鄂托克旗一帶為獫狁等游牧部落的活動區，統稱戎狄。春秋時期，朐衍等部落游牧于旗境西南邊沿。至戰國時期，林胡、樓煩移居此地。秦始皇三十年（公元前215年）劃屬北地郡。漢元朔二年（公元前127年）入朔方郡，境屬臨戎、修都縣。東漢建武二十六年（公元50年）后，南匈奴等部眾入居，鄂托克旗屬右賢王屯領的朔方郡。兩晉十六國時為前后趙、前后秦屬地朔州境。北魏天賜四年（407年），隸屬大夏國夏州。北魏始光四年（427年），分屬于西安州、薄骨律鎮和沃野鎮。

隋大業元年至三年（605－607年）改州為郡，鄂托克旗地區分屬靈武、鹽川二郡。唐初為安置內附突厥人的魯、麗、舍、塞、依、契六胡州地區，后并為匡、長二州。開元二十六年（738年）置宥州，境置延恩、歸仁、懷德三縣。元和八年（813年）在經略軍（故城址在包樂浩曉）設新宥州，下轄延恩、長澤二縣。五代十國時期，黨項拓拔思恭子弟歷任定難軍節度使，鄂托克旗地盤分屬定難節度使和宋朝的靈鹽節度使。北宋寶元元年（1038年）歸屬西夏。

1227年蒙古滅西夏，鄂托克旗始為蒙古汗國領地。元代，除旗境西部劃屬甘肅行省寧夏府路外，余為察罕腦爾皇室封地。明洪武六年（1376年），分屬寧夏衛和東勝衛，隸屬陜西行都司。天順六年（1462年）蒙古部落入居鄂爾多斯，弘治十三年（1500年）巴圖孟克達延汗恢復萬戶組織，鄂托克旗屬右翼三萬戶濟農巴爾斯博羅特所轄鄂爾多斯萬戶之地，后一直屬巴爾斯博羅特之孫拜桑忽爾及其后裔的領地。崇禎七年（1635年）鄂爾多斯萬戶歸順后金（清朝）。

清順治六年（1649年）將鄂爾多斯萬戶劃為六個旗，原拜桑忽爾諾延及后裔所據克扣特、錫布沁、烏喇特、唐古特等部落組成鄂爾多斯右翼中旗，下設15哈喇（參領區），83個蘇木（佐領）。民國年間仍實行盟旗制度，仍稱鄂爾多斯右翼中旗。1930年，旗境設沃野縣，1936年將旗衙門改為旗政府。1941年旗境設桃力民辦事處。1942年在參領區內實行保甲制度，但一直到全國解放，哈喇、蘇木和保甲制度同時并存。

1949年8月23日，鄂托克旗和平解放，9月7日成立臨時自治政府。1950年2月成立鄂托克旗人民政府。1980年，南部10個公社分置鄂托克前旗。

1996年?，鄂托克旗面積2.1萬平方千米，人口10.4萬人，其中蒙古族占22%。轄2個鎮、6個鄉、7個蘇木： 烏蘭鎮、棋盤井鎮、阿爾巴斯蘇木、包樂浩曉蘇木、查布蘇木、新召蘇木、蘇米圖蘇木、額爾和圖蘇木、察汗淖爾蘇木、木凱淖爾鄉、召稍鄉、堿柜鄉、公其日嘎鄉、巴音淖爾鄉、巴音陶亥鄉。旗政府駐烏蘭鎮。

1997年將巴音陶亥鄉、巴音陶亥農場和堿柜鄉的巴音、新地、黃河、三壩四個村劃入烏海市。1998年11月，經內蒙古自治區民政廳批準，撤銷堿柜鄉設立堿柜鎮。？年，撤銷包樂浩曉蘇木，設立包樂浩曉鎮；撤銷察汗淖爾蘇木，設立察汗淖爾鎮；撤銷召稍鄉、巴音淖爾鄉，合并設立沙井鎮；撤銷額爾和圖蘇木，并入蘇米圖蘇木。2000年，鄂托克旗轄6個鎮、2個鄉、4個蘇木。

2000年第五次人口普查，鄂托克旗總人口100072人，其中：烏蘭鎮26002人，棋盤井鎮13976人，堿柜鎮7179人，包樂浩曉鎮2588人，察漢淖爾鎮5431人，沙井鎮10686人，木凱淖爾鄉3835人，公其日嘎鄉4582人，阿爾巴斯蘇木10494人，新召蘇木4338人，查布蘇木5992人，蘇米圖蘇木4969人。

2000年末，全旗總面積20687平方千米。總人口87853人，其中非農業人口31762人；蒙古族23927人，漢族63695人，其他少數民族231人。轄4個蘇木、2個鄉、6個鎮，77個嘎查村，349個村民小組。

2004年末，鄂托克旗總面積20687平方千米。總人口92023人。轄6個鎮、2個鄉、4個蘇木：烏蘭鎮、棋盤井鎮、堿柜鎮、包樂浩曉鎮、察汗淖爾鎮、沙井鎮、木凱淖爾鄉、公其日嘎鄉、阿爾巴斯蘇木、新召蘇木、查布蘇木、蘇米圖蘇木。（鄂爾多斯市年鑒2005）

2005年末，全旗總面積20064?平方千米。總人口92838人。轄2蘇木、4鎮。

2006年，全旗總面積20687平方千米。戶籍總人口93945人，其中非農業人口35429人，農業人口58516人；漢族72066人，少數民族21879人。轄2蘇木、4鎮。

2009年末，全旗總面積20687平方千米。總人口97130人，其中少數民族人口26472人（蒙古族26125人）。轄2個蘇木、4個鎮。