鄂伦春自治旗境域最早见诸史籍的是东胡之地。公元前209年匈奴占败东胡并占据其地。

汉时为拓跋鲜卑所居。后魏至隋唐时为室韦地。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。

清太祖天命年间（1616～1626年）至天聪年间（1627～1636年），居住在黑龙江中上游的索伦部（清初对鄂伦春、鄂温克、达斡尔等旗的总称）陆续归附清朝，并向朝廷纳贡。

顺治年间（1644～1661年），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。由清政府中央理藩院直接管辖。

康熙二十二年（1683年）清政府设置黑龙江将军，鄂伦春族归黑龙江将军管辖。

光绪八年（1882年），于大兴安岭上太平湾（五路中之地），建立兴安城总客衙门，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年辛亥革命后，在北洋军阀和国民党的统治下，管辖鄂伦春人的路佐机构没有本质的改变，只是废止了八旗组织，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。

1931年“九·一八”事变。日本侵略者于1932年占领中国东北。同年3月在伪新京（今长春市）建立了傀儡政权伪满洲国，实行分而治之的政策，设兴安东分省辖大兴安岭以东地区、兴安北分省辖大兴安岭以西地区。6月27日，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了巴彦镇，管辖今鄂伦春自治旗大部分地域。8月1日，任命胜钩为鄂伦春旗旗长，卓仁托布为巴彦旗旗长。因鄂伦春旗境内无固定居民，无法行使行政权，伪满洲国于1933年7月12日裁撤鄂伦春旗。

1934年，兴安东分省和兴安北分省改为兴安东省和兴安北省。兴安东省所辖的巴彦旗管辖今鄂伦春旗境内的多布库尔努图克和甘奎努图克。兴安北省辖原托河路鄂伦春人行政事宜。

1937年以后，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月日本投降后，呼伦贝尔地区上层人物于10月8日在海拉尔成立了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，并以政府主席额尔钦巴图的名义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，未行使行政权便不了了之。

1946年1月，在原兴安东省辖区建立纳文慕仁省，6月7日改称纳文慕仁盟，莫力达瓦旗和巴彦旗归纳文慕仁盟管辖。

1948年7月在小二沟地区成立诺敏努图克，隶属莫力达瓦旗。

1948年初，中国共产党召集甘河、古里河、多布库尔河、奎勒河流域的鄂伦春猎民，召开会议，决定成立鄂伦春努图克，驻地朝阳，隶属巴彦旗。

1949年4月，纳文慕仁盟同呼伦贝尔盟全并，称呼伦贝尔纳文慕仁盟（简称呼纳盟），同时将巴彦旗和莫力达瓦旗合交，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4月7日，成立鄂伦春旗。

1952年5月31日批准将“鄂伦春旗人民政府”改称为“鄂伦春自治旗人民政府”，归呼纳盟管辖。这是新中国成立后的第一个少数民族自治旗。

1954年，兴安盟并入呼纳盟，称呼伦贝尔盟，鄂伦春自治旗归呼伦贝尔盟管辖。

1958年底，旗所在地由小二沟迁到阿里河。

1969年8月1日，鄂伦春自治旗划归黑龙江省大兴安岭地区管辖。

1979年7月1日，重新划归内蒙古自治区呼伦贝尔盟。