多伦原称“多伦诺尔”(蒙古语，七个湖、七星潭、七溪等)，早在新石器时代就有人类居住，为我国北方东胡、柔然、库莫奚、契丹等游牧民族聚集地，蒙元时期为蒙古民族重要聚集区和政治中心，元代著名的上都城即在“多伦诺尔”之地。

　　1691年，清朝康熙皇帝举行了著名的“多伦诺尔会盟”，漠北蒙古正式归附清朝中央政府，改变了当时东北亚的政治格局，为我国统一的多民族国家形成和发展做出了历史性贡献。从此，多伦诺尔迅速发展成为蒙古地区“藏佛教之都”、“旅蒙商之都”、“民族手工业之都”和军事重镇。

　　1710年（康熙四十九年），清政府直隶省在多伦诺尔设立“兴化镇”，隶属于直隶省管辖。

　　1732年（雍正十年），设立归化城理事厅和多伦诺尔理事厅，为清政府在内蒙古地区设立最早的行政机构之一。多伦诺尔理事厅作为直隶省最北的行政司法机构，直接管辖的行政地域包括多伦诺尔城、察哈尔左翼正蓝旗、正白旗、镶白旗、镶黄旗近两万多平方公里。司法诉讼管理范围涉及内外蒙古130多旗，成为代表朝廷在内外蒙古广大地区直接行使权力的地方政府。

　　1881年（光绪七年），清政府改多伦诺尔理事厅为多伦诺尔抚民厅，管理察哈尔左翼四旗辖境内的一切行政事务。

　　1913年（民国二年），民国政府废多伦诺尔抚民厅，设为多伦县。

　　1914年（民国三年），民国设立察哈尔特别行政区，多伦县是仅次于该行政区首府张家口的第二大城市。

　　1928年（民国十七年），察哈尔特别行政区改省，多伦县为该省第二大城市。

　　1945年8月，苏蒙联军打败日军，苏蒙联军在多伦城区设立多伦苏维埃市，下辖多伦诺尔旗。

　　1949年5月撤销多伦市建制，改设城关区。同年10月多伦县政府改称多伦县人民政府。

　　1950年8月，根据中央政府内务部决定，多伦县划归内蒙古自治区，隶属察哈尔盟。

　　1958年10月，锡林郭勒盟和察哈尔盟合并，撤销察哈尔盟建制，多伦县隶属锡林郭勒盟至今。

　　2011年9月29日，锡盟南部区域中心城市选址工作汇报会在多伦县召开，会议一致通过选址多伦县建设锡盟南部区域中心城市。

　　2013年11月，多伦县被盟委、行署确定为全区“扩权强县”试点县上报自治区党委、政府。