锡林郭勒盟自古以来就是中国北方各族人民劳动、生活、繁衍的地方。
苏尼特右旗、镶黄旗和东乌珠穆沁旗境内都发现了旧石器时代人类生存的遗址；在苏尼特左旗、阿巴嘎旗、锡林浩特市境内都发现了原始文化遗迹。
古代时期早在商周时期，这里就出现了游猎和养畜的氏族部落。
春秋战国时期，锡林郭勒盟系澹褴和东胡所居。
公元前3世纪末，匈奴居内蒙古高原。
秦时期，南部属上谷郡北境，西南部为渔阳郡北境。
西汉时期，匈奴单于庭直辖，东部为乌桓部辖地，南部属于幽州。
东汉永和五年（公元140年），为鲜卑部辖区。
三国时期，隶属于北朝（魏）拓跋鲜卑部辖区；南部、西部由鲜卑、柔然二部所居；东部由乌洛候、契丹二部所居。
晋朝时期，先后由代国、魏国和晋朝燕州所辖。
隋朝时期，北部、东部由东突厥占居，西部、南部属隋朝奚部安乐郡、涿郡北境。
唐朝时期，南部为河北道北境，北部为关内道北境，北部为关内道突厥单于都护府辖地。
辽代时，锡林郭勒盟为契丹上京临潢府辖区。
北宋政和五年（1115年）女真部建立大金国，东部属临潢府路庆州所辖，设置大盐烁（额吉淖尔盐池）群牧司，北部由广吉剌部所居，南部属宣德州辖地，中部正蓝旗一带由西北路招讨使司所辖，设置桓州（正蓝旗侍郎城遗址），西部为汪古部所辖。
元朝初，为扎剌儿部兀鲁郡王营幕地。
十三世纪中叶，在锡林郭勒草原正蓝旗境内建起元代第一都城——元上都，为元朝的夏季陪都，是元朝重要的政治、经济、文化中心之一。
南部地区分别由中书行省兴和路宝昌州、上都路桓州和应昌府所辖。
北部分别为上都省院官署、岭北行省和宁路及济南王部的封地。
明朝永乐年间，将上都改称开平前屯卫，应昌、桓州变成驿站，南部为京师顺天府北境，设置开平卫。
北部被蒙古各部占居。
明万历四十四年（1616年），女真首领努尔哈赤立国，占领察哈尔部地区。
清朝康熙十四年（1675年）把察哈尔部原辖区划分为蓝、白、黄、红各分正镶二旗，称蒙古八旗。
其中镶黄、正白、镶白、正蓝均在本盟南部地区。
并在宝昌一带增设了太仆寺左右翼牧群、明安牧群、以及商都牧群，隶属清朝直隶口北三厅。
清乾隆二十六年（1761年），始设察哈尔都统，管辖察哈尔八旗、四牧群和锡林郭勒五部十旗诸王。
清崇德、顺治、康熙年间，对锡林郭勒河一带的苏尼特、阿巴嘎、阿巴哈纳尔、浩济特、乌珠穆沁等五部先后分别设置左、右翼两个旗，共10旗，均设扎萨克，会盟于锡林河北岸的“楚古拉干敖包”山上，命名为锡林郭勒盟。
锡林郭勒，蒙语，意为丘陵地带河。
清嘉庆年间迁盟址于贝子庙。
民国时期民国元年（1912年），将厅改设为县。
民国三年（1914年），设置察哈尔特别行政区域。
民国十七年（1928年），将锡盟南部划归察哈尔省。
民国二十三年（1934年），设察哈尔盟。
民国二十五年（1936年），德穆楚克栋鲁普成立“蒙古军政府”，辖察哈尔盟和锡林郭勒盟。
民国二十六年（1937年），改为蒙古联盟自治政府。
民国二十八年（1939年），成立伪“蒙疆联合自治政府”。
民国三十四年（1945年），成立内蒙古自治联合会，解散伪“蒙疆政府”。
民国三十五年（1946年），废除了封建王公制度，成立察哈尔盟人民政府和锡林郭勒盟人民政府。
民国三十六年（1947年），划归内蒙古自治区。
中华人民共和国时期1949年，新中国成立后，察哈尔盟辖5旗。
1950年，将多伦、宝昌、化德3县划归察哈尔盟。
1956年，撤销明太联合旗合并于正蓝旗，将正镶白联合旗更名为正镶白旗，合并宝昌县和太仆寺左旗，更名为太仆寺旗，商都镶黄联合旗更名为商都镶黄旗，后划归化德县，又划出定名为镶黄旗。
1949年，将锡林郭勒盟原来的10旗编为5旗，即东部联合旗、中部联合旗、西部联合旗、苏尼特左旗和苏尼特右旗。
1952年，撤销中部联合旗，1956年，改编为5旗。
1958年，锡林郭勒盟和察哈尔盟合并，撤消察哈尔盟，改称锡林郭勒盟，辖9旗（东乌珠穆沁旗、西乌珠穆沁旗、阿巴嘎旗、苏尼特左旗、苏尼特右旗、正镶白旗、正蓝旗、商都镶黄旗、太仆寺旗），两县（多伦县、化德县）。
1963年，设立阿巴哈纳尔旗。
1966年，设立二连浩特市。
1969年，将锡盟所辖的苏尼特右旗、二连浩特市、化德县划归乌兰察布盟。
1980年将苏尼特右旗和二连浩特市划归锡盟。
1983年，撤销阿巴哈纳尔旗改设锡林浩特市。