春秋戰國時為匈奴地。元屬中書行省上都路開平府。明清為察哈爾萬戶地。清康熙十四年，這里被編入蒙八旗，因旗號為純藍色而得名正藍旗，系滿族八旗名之一。1950年由察哈爾左翼正藍旗改名為正藍旗。

1956年，擴大正藍旗行政區域，即將明安太右聯合旗的第一、二、三、四等4個蘇木及五、六聯合蘇木一部和原寶昌縣第三區（哈叭嘎區）劃歸該旗領導，旗人民委員會由那日圖改駐黃旗大營子。

1996年?，正藍旗面積10182平方千米，人口8.2萬人。轄1個鎮、13個蘇木、3個鄉：敦達浩特鎮、上都音高勒蘇木、哈登胡舒蘇木、伊和海爾罕蘇木、杭哈拉蘇木、卓倫高勒蘇木、烏蘇圖查干蘇木、寶紹岱蘇木、賀日斯臺蘇木、那日圖蘇木、扎格斯臺蘇木、賽音呼都嘎蘇木、桑根達來蘇木、烏日圖塔拉蘇木、哈畢日嘎鄉、阿日呼布鄉、胡魯斯臺鄉。旗政府駐敦達浩特鎮。

2000年第五次人口普查，正藍旗總人口71186人，其中（2個鎮、12個蘇木、3個鄉）：敦達浩特鎮14967人，桑根達來鎮5256人，哈畢日嘎鄉6053人，胡魯斯臺鄉6182人，阿日呼布鄉5740人，上都音高勒蘇木4032人，卓倫高勒蘇木1143人，寶紹代蘇木2919人，伊和海日罕蘇木1939人，哈登胡舒蘇木2316人，烏蘇圖查干蘇木1929人，那日圖蘇木2428人，扎格斯臺蘇木3087人，烏日圖塔拉蘇木1773人，賀日斯臺蘇木1846人，賽音呼都嘎蘇木1772人，杭哈拉蘇木1634人，五一種畜場3371人，黑城子種畜場2256人，阿爾善圖牧場543人。

2000年，正藍旗總面積10182平方千米。總人口76500人，其中漢族占總人口的56.7%，蒙古族占總人口的37%。轄2個鎮、12個蘇木、3個鄉，3個國營牧林場，82個嘎查、20個村。

2001年4月，上都音高勒蘇木與敦達浩特鎮合并設立上都音高勒鎮；（其他調整待查）。調整后，全旗轄3個鎮、8個蘇木：上都音高勒鎮、桑根達來鎮、哈畢日嘎鎮、寶日浩特鎮、卓倫高勒蘇木、寶紹岱蘇木、伊和海日罕蘇木、那日圖蘇木、扎格斯臺蘇木、烏日圖塔拉蘇木、賀日斯臺蘇木、賽音胡都嘎蘇木，以及五一種畜場總場、黑城子示范區。

2001年，全旗總人口72520人，其中漢族占55.67%、蒙古族占37.05%。轄3個鎮、8個蘇木、3個國營林牧場，82個嘎查、20個村。旗政府駐上都音高勒鎮（轄7個居委會）。

2003年1月，上都音高勒鎮更名為上都鎮。2006年，正藍旗將原有的12個蘇木鎮調整為6個，即上都鎮、桑根達來鎮、哈畢日嘎鎮和寶紹代蘇木、那日圖蘇木、賽音呼都嘎蘇木。其中，撤銷卓倫郭勒蘇木和寶日浩特鎮，并入上都鎮；撤銷扎格斯臺蘇木、烏日圖塔拉蘇木，并入那日圖蘇木。

2006年，全旗總面積10182平方千米。總人口82961人，人口密度為7.8人/平方千米。轄3個鎮、3個蘇木、1個國營林牧場、1個示范區，103個嘎查（村）。2009年，全旗總面積10182平方千米。總人口8.3萬人，其中牧業人口3.3萬人，人口密度為8.15人/平方千米。轄3個鎮、3個蘇木、1個牧場、1個示范區，83個嘎查、20個行政村。

2012年，恢復扎格斯臺蘇木，面積1377平方千米，人口3347人、轄7個嘎查。調整后，全旗轄3個鎮、4個蘇木：上都鎮、桑根達來鎮、哈畢日嘎鎮、寶紹代蘇木、那日圖蘇木、賽音呼都嘎蘇木、扎格斯臺蘇木。旗政府駐上都鎮。