正蓝旗历史悠久，从战国至元朝是北方少数民族活动的地方。据考证，早在一二十万年前，这里就有古人类生息繁衍。春秋战国时代，为东胡、乌桓活动的地区。秦为匈奴驻牧地。西汉时为上古、渔阳郡北境．东汉时鲜卑所居．北魏时柔然徙与此地，属燕州管辖。隋唐时属幽州总管府，后来将幽州总管府改为涿郡，为库莫系部所居。隋末属桑乾都府管辖。五代时设置归化州、桓州。金时建桓州城（今侍郎城遗址）、属西京路桓州所管。元时地属中书省上都路。明初为开平卫中部，后属察哈尔林丹汗管辖。清康熙14年与镶黄旗同时编入八旗的左翼，因旗号为纯蓝色而得名正蓝旗，属清政府理藩院管辖，民国时属科尔特区管辖。

1928年，察哈尔特区改为察哈尔省，被日本占领后改归察哈尔盟。1945年8月，获解放。解放前正蓝旗西部为明安旗，南部为太仆寺旗，北部为原正蓝旗。1946年，建立了人民政府，当时，正蓝旗辖12个佐，1个半分佐，l个图备佐，旗政府驻地正蓝旗印备处（那日图）。1949年明安镇与太仆寺旗合并为明太联合旗。1956年9月11日经国务院第37次会议决定撤消明太联合旗建制，除宝力根陶海苏木（撤消）以外，行政区大部归正蓝旗，宝力根陶海苏木和正蓝旗扎格斯台苏木第八嘎查划归正镶白旗，撤销宝昌制三区（哈毕日嘎）划归正蓝旗，形成了现在的行政区域范围。1956年底，正蓝旗人民委员会驻地从那日图迁至今上都镇。1958年撤消察哈尔盟建制后正蓝旗隶属锡林郭勒盟，成为锡盟十二个旗县市之一。