元代时期，旦马乡境域为西凉府所辖。
明正统三年（1438年），为古浪守御千户所辖。
清代时期，由凉州卫管辖。
1950年5月，为天祝自治区第五分乡。
1952年12月，为旦马乡、沙马乡，属第五区。
1958年12月，属祁连公社。
1959年2月，划给肃南县；同年8月，又划归天祝藏族自治县。
1962年7月，分为旦马、细水、沙马公社和旦马牧场。
1968年10月，3公社合并为旦马公社。
1971年12月，划入武威县。
1981年12月，又划归天祝藏族自治县。
1983年5月，撤销公社、牧场，设旦马、土塔、沙马乡，属祁连区。
1985年10月，为旦马乡。