早在原始社会，巴彦淖尔市境内阴山以北地区就有人类居住，使用的石器多为刮削器，过着以狩猎为主的生活。夏商西周至春秋，鬼方、猃狁等民族游牧于此。战国时，赵国云中郡管辖达到阴山南，林胡、楼烦等民族游牧于阴山北。秦时，秦九原郡范围达到阴山南，匈奴民族活动在阴山以北地区。西汉武帝元朔二年（公元前127年）设五原、朔方二郡。朔方郡领县十（朔方、广牧、沃野、临河、临戎、三封、窳浑、呼遒、渠搜、大城、修都），其中临河县、沃野县在今临河区境内，临戎、三封、窳浑县在今磴口县境内。汉武帝下诏募民屯边，始有一定规模的从事耕种的农业。元始二年（公元2年）朔方郡有户34338户，人口136628人。五原郡领县十六（九原、临戎、河阴、曼柏、武都、南舆、固阳、西安阳、河目、宜梁、成宜、广牧），其中河目、西安阳、宜梁、

    成宜等县在今乌拉特前旗境内；广牧县在今五原县境内。东汉初匈奴南单于分部众屯此，东汉末年朔方郡、五原郡废。东汉末至十六国，南匈奴等民族游牧于此。北魏，怀朔、沃野二镇在境内有建制。唐，初属丰州辖境，后为中、西受降城境域。

    宋、辽、金、夏，巴彦淖尔地区东境迭次属辽、金国，西境为西夏国属地。元，阴山南属大同路云内州，阴山北属德宁路，统归中书省直辖。今磴口县则属甘肃行省宁夏路。明初分属山西东胜卫和陕西宁夏卫辖境，未几，皆入于北元。清，后套地区属伊克昭盟（今鄂尔多斯市）鄂尔多斯左翼后旗、右翼后旗地。顺治五年（1648年）设置乌拉特前旗、乌拉特中旗、乌拉特后旗（今乌加河以北以东）。清光绪二十九年（1903年）设五原厅。

    中华民国元年五原厅改县。民国3年（1914年）设绥远特别行政区，当时境内设有五原县、乌拉特前旗、乌拉特中旗和乌拉特后旗。民国14年（1925年）设置临河、大佘太设治局，民国16年（1927年）设置磴口县。民国17年（1928年）绥远特别行政区改设为绥远省，当时境内设有五原县、大佘太设治局（民国20年7月大佘太设治局更名安北设治局）、临河设治局（民国18年10月临河改县）、乌拉特前旗、乌拉特中旗和乌拉特后旗。民国31年（1942年）绥远省在后套实行新县制，增设米仓县、狼山县、晏江县和陕坝市镇筹备处。时境内设有五原县、临河县、安北县、米仓县、狼山县、晏江县、乌拉特前旗、乌拉特中旗、乌拉特后旗和陕坝镇筹备处。

    1949年，绥远和平解放。1950年3月成立绥远省陕坝专员公署，辖五原、临河、安北、狼山、米仓（1953年9月撤，改设杭锦后旗）、晏江县（1953年10月撤，改设为达拉特后旗）及陕坝镇。乌拉特前旗、乌拉特中旗、乌拉特后旗时属乌兰察布盟。1952年10月，乌拉特中旗、乌拉特后旗合并，改设为乌拉特中后联合旗。1954年绥远省撤销，绥远省陕坝专员公署改设为内蒙古自治区河套行政区。河套行政区人民政府设在陕坝镇，辖五原县、临河县、安北县（1958年4月撤，划入乌拉特前旗）、狼山县（1958年4月撤，划入杭锦后旗）、达拉特后旗（1958年4月撤，划入五原县）、杭锦后旗、陕坝镇（县级，1958年4月撤，划入杭锦后旗）。1956年，甘肃省所辖巴音浩特蒙古自治州和额济纳自治州划回内蒙古自治区，成立巴彦淖尔盟，盟政府驻巴彦浩特市，辖阿拉善旗、额济纳旗、磴口县和巴彦浩特市。1958年，河套行政区、巴彦淖尔盟合并，成立新的巴彦淖尔盟。巴彦淖尔盟行政公署迁至磴口县巴彦高勒镇，辖阿拉善旗（1961年撤，分设为阿拉善左旗和阿拉善右旗）、额济纳旗、杭锦后旗、乌拉特前旗（1958年由乌兰察布盟划归，1960年7月～1963年12月间隶属于包头市）、乌拉特中后联合旗（1958年由乌兰察布盟划归）、五原县、临河县、磴口县（1960年7月～1964年7月间为巴彦高勒市）、乌达市（1961年7月设）。1969年7月，将阿拉善左旗划出归宁夏回族自治区，阿拉善右旗、额济纳旗划出归甘肃省。1970年巴彦淖尔盟革命委员会由磴口县巴彦高勒镇迁临河，10月设置潮格旗，时巴彦淖尔盟辖杭锦后旗、乌拉特前旗、乌拉特中后联合旗、潮格旗、五原县、临河县、磴口县、乌达市（1975年8月划出）。1982年乌拉特中后联合旗、潮格旗分别更名乌拉特中旗、乌拉特后旗，1984年12月，临河县改设为临河市（县级）。2003年12月1日，国务院批准撤消巴彦淖尔盟和县级临河市，设立巴彦淖尔市和临河区。巴彦淖尔市人民政府驻临河区，巴彦淖尔市辖杭锦后旗、乌拉特后旗、乌拉特中旗、乌拉特前旗、五原县、磴口县和临河区。