新中国成立前，属于都兰县辖区。
1959年1月，海西蒙、藏、哈萨克族自治州迁驻大柴旦，设立大柴旦市，成为自治州首府。
1963年8月，柴达木工作委员会并入海西蒙古族藏族哈萨克族自治州。
1964年7月，撤销大柴旦市，设立大柴旦镇，隶属海西蒙古族藏族哈萨克族自治州。
1992年1月27日，设立县级大柴旦行政委员会，为州人民政府的派出机关。
1993年3月，保留大柴旦镇。
2005年11月21日，撤销大柴旦行委鱼卡乡，并入大柴旦镇，并更名为柴旦镇。