乌兰察布历史上就是中原王朝与北方少数民族交汇交融的地区。
战国时，乌兰察布的大部分地区是赵国和匈奴的领地。
秦并六国后，在原来赵国的地域设置了云中郡、代郡、雁门郡。
秦亡后，匈奴占据了这里的大部分地区，并于西汉时在四子王旗境内建立了中部单于庭。
北魏前夕，乌兰察布的大部分地区为拓跋鲜卑所据有。
隋唐时，为突厥和隋唐交替管辖。
宋、元、明、清历代，这里都有北方少数民族繁衍生息，先后有契丹、女真和蒙古等。
元代，在今集宁区建立了集宁路，成为集宁一名的由来。
乌兰察布盟形成于清朝康熙年间（1662年～1722年），由先后归附清廷的蒙古四部六旗，即：四子部落一旗、茂明安部落一旗、喀尔喀右翼部落一旗（俗称达尔罕贝勒旗）、乌拉特部落三旗（前、中、后三公旗）首次会盟于四子王旗境内乌兰察布地方，盖其地有河，名乌兰察布，因以河名呼其地，以地名呼其盟，迄今已有三百多年的历史。
康熙十四年（1675年），察哈尔部右翼四旗进入今乌兰察布东部地区。
大体分布在今商都、兴和、丰镇、集宁、凉城、卓资、察右前旗、察右中旗、察右后旗和河北省的尚义县（部分）区域之内。
民国三年（1914年），乌兰察布盟六旗属绥远特别行政区管辖。
民国十七年（1928年）9月17日，国民党南京政府将察哈尔、绥远等特别行政区改为行省后，乌兰察布盟仍属绥远省管辖，并将原察哈尔特别行政区管辖的丰镇县（今丰镇市）、凉城县、兴和县、陶林县、集宁县划归绥远省。
同一块土地上的察哈尔右翼正黄旗、正红旗、镶红旗、镶蓝旗仍属察哈尔省管辖。
民国二十六年（1937年）10月27日，在日伪策划下，伪蒙疆巴彦塔拉盟公署在归绥（今呼和浩特市）成立，辖厚和、包头二市和武川、固阳、陶林、凉城、丰镇、集宁、兴和、萨拉齐、托克托、清水河、和林格尔、归绥12县和土默特、察哈尔右翼正黄、正红、镶红、镶蓝5旗。
民国二十九年（1940年），在希拉穆仁（召河）建立了席力图旗，归属乌兰察布盟。
民国三十四年（1945年），撤销席力图旗，划入土默特旗。
1949年9月19日，随着绥远省和平解放，今乌兰察布区域全部得到解放。
1950年4月1日，乌兰察布盟人民自治政府成立，盟府设在乌兰花（后迁至包头市区及固阳县），辖四子王旗、达尔罕旗、茂明安旗、乌拉特西公旗、中公旗和东公旗。
1950年8月11日，乌兰察布盟人民自治政府改称为“乌兰察布盟自治区人民政府”。
1952年10月，乌兰察布盟所辖乌拉特中公（中）旗与乌拉特东公（后）旗合并组成乌拉特中后联合旗；达尔罕旗与茂明安旗合并为达尔罕茂明安联合旗。
1954年，希拉穆仁（召河）由土默特划归达茂联合旗。
1954年3月5日，绥远省与内蒙古自治区合并，撤销绥远省建制，乌兰察布盟自治区人民政府改为“乌兰察布盟人民政府”，为内蒙古自治区人民政府领导下的一级地方政权。
所辖旗（县）不变。
同时，集宁专员公署改为平地泉行政区人民政府。
撤销中心旗、正黄旗、镶蓝镶红联合旗与陶林县建制。
正黄旗改为察哈尔右翼前旗；镶蓝镶红联合旗与陶林县改为察哈尔右翼中旗；中心旗改为察哈尔右翼后旗。
1955年9月，乌兰察布盟人民政府又易名为“乌兰察布盟人民委员会”。
193月，撤销平地泉镇，改为集宁市（县级）。
1958年3月10日，乌拉特前旗、乌拉特中后联合旗划归巴彦淖尔盟。
4月2日，平地泉行政区建制撤销。
所辖旗县市正式划归乌兰察布盟。
乌兰察布盟人民委员会（政府）改为乌兰察布盟行政公署，成为内蒙古自治区人民委员会的派出机构。
5月，萨拉齐县撤销，划归土默特旗。
武东县撤销，分别划归四子王旗、察哈尔右翼中旗、卓资县。
固阳县和白云鄂博矿区划归包头市。
1960年2月1日，土默特旗划归呼和浩特市。
1962年3月31日，河北省所辖的商都县划归乌兰察布盟。
1963年2月21日，呼和浩特所辖的土默特旗和包头市所辖的固阳县，再次划归乌兰察布盟。
1966年1月1日，土默特旗分设土默特左旗和土默特右旗，土默特旗建制同时撤销。
1969年11月，苏尼特右旗、化德县、二连浩特市由锡林郭勒盟划归乌兰察布盟。
1971年7月，土默特右旗、固阳县，土默特左旗、托克托县分别划归包头市和呼和浩特市。
1980年5月，苏尼特右旗、二连浩特市划回锡林郭勒盟。
1990年11月15日，撤销丰镇县，设立丰镇市。
1995年12月，和林格尔县、清水河县划归呼和浩特市。
1996年1月，武川县、达茂联合旗分别划归呼和浩特市和包头市。
2003年12月，经国务院批准，乌兰察布盟正式撤盟设市。