鄂伦春自治旗境域最早见诸史籍的是东胡之地。
公元前209年匈奴战败东胡并占据其地。
汉，为拓跋鲜卑所居。
魏至隋唐，为室韦地。
辽，属上京道东北路招讨司辖。
金，为蒲与路辖地。
元，为辽阳行省山北辽东道辖。
明，属奴尔干都指挥使司辖。
清太祖天命、天聪年间（1616~1636年），居住在黑龙江中上游的索伦部（清初对鄂伦春、鄂温克、达斡尔等族的总称）陆续归附清朝纳贡。
顺治年间（1644~1661年），沙俄入侵黑龙江以北广大地区，清政府无力顾及边防，便将居住在黑龙江北岸的鄂伦春、鄂温克、达斡尔等族迁移到黑龙江南岸居住，鄂伦春人绝大多数被迁到大兴安岭东坡嫩江支流的多布库尔河、甘河、诺敏河、那都里河、托河等河流两岸的原始森林中游猎，由理藩院直接管辖。
康熙二十二年（1683年），设置黑龙江将军，鄂伦春族归黑龙江将军管辖。
康熙三十年（1691年），组建布特哈八旗，将鄂伦春族猎民正式编入八旗。
同治十年（1871年），将鄂伦春人按居住的河流，分五路八佐进行统治，但仍受布特哈总管衙门的“安达”管辖。
光绪八年（1882年），撤布特哈总管衙门，于大兴安岭上太平湾，建立兴安城总管衙门，设副都统衔总管统辖，并设一批鄂伦春副总管、佐领、骁骑校等官员。
1911年，废止八旗组织，将原库玛尔路、毕拉尔路、阿力路、多布库尔路划归黑龙江省督办公署旗务科管辖；托河路仍由呼伦贝尔副都统衙门管辖。
1932年，日本侵占中国东北，建立伪满洲国。
6月，在原托河一带建立鄂伦春旗，在今莫力达瓦达斡尔族自治旗的额尔和建立巴彦旗，管辖今鄂伦春自治旗大部分地域。
1933年，伪满洲国裁撤鄂伦春旗。
1937年，今鄂伦春自治旗境内的行政权由日本特务机关直接执掌。
1945年8月，呼伦贝尔地区上层人物于10月在海拉尔成立呼伦贝尔自治省政府。
1946年3月，改称呼伦贝尔临时地方自治政府，任命托河路的新君为鄂伦春旗旗长，管辖原托河路地域行政事宜，但因鄂伦春猎民居住分散等原因，未能行使行政权。
1948年7月，在小二沟地区成立诺敏努图克，隶属莫力达瓦旗。
甘河、古里河、多布库尔河、奎勒河流域成立鄂伦春努图克，隶属巴彦旗。
1949年，纳文慕仁盟同呼伦贝尔盟合并，称为呼伦贝尔纳文慕仁盟，同时将巴彦旗和莫力达瓦旗合并，称莫力达瓦旗，诺敏和鄂伦春努图克隶属于莫力达瓦旗。
1950年，鄂伦春努图克改称甘奎努图克。
同年，在原托河路地域建立托扎敏努图克，隶属喜桂图旗。
1951年，合并鄂伦春3个努图克成立鄂伦春旗，归呼纳盟管辖。
1954年，兴安盟归入呼纳盟，称呼伦贝尔盟，鄂伦春自治旗归呼伦贝尔盟管辖。
1969年，鄂伦春自治旗划归黑龙江省大兴安岭地区管辖。
1979年，鄂伦春自治旗重新划归内蒙古自治区呼伦贝尔盟。
2001年10月10日，撤销呼伦贝尔盟，设立地级呼伦贝尔市，鄂伦春自治旗隶属呼伦贝尔市。