达茂旗是由达尔罕旗、茂明安旗和席勒图旗的一部分合并而成。

早在青铜器时期，达茂旗境内就留下了人类活动的足迹，达茂旗境内的岩画说明，数千年前，北方游牧民族曾在这里繁衍生息。

春秋战国时期，这里属林胡、楼烦；秦汉时，为匈奴游牧地；三国、两晋时，为鲜卑族故地；南北朝时，为柔然领地；隋唐时，为东突厥属地；五代时，为达靼部属地；辽代时，为丰州和东胜州管辖，属西京道；金朝时，归西京路净州，1178年（大定十八年），置净州天山县。1190年（明昌元年），金朝大臣宗浩、独吉思忠主修堑壕，即金长城。今达茂旗境内坤兑滩、额尔登敖包等地均有金堑壕遗址。这一时期，汪古部在此地壮大。　　

1204年，铁木真把三女儿阿剌海嫁给汪古部首领，与汪古部联合进攻西北的乃蛮部。草原一统，蒙古汗国建立，汪古部首领被封为五千户，仍统领汪古部。阿剌海一生曾嫁给四任汪古部首领，并在成吉思汗西征时握有“监国公主”大印。

元朝建立，汪古部首领被封为赵王，辖净州、德宁、集宁、砂井等地，其政治、经济、文化中心就是敖伦苏木古城。　　

明朝建立，元朝皇室退到草原，史称北元。北元中叶，成吉思汗15代孙达延汗统一了长城以北蒙古诸部，于1512年，将北元蒙古划分为左右两翼各三个万户和科尔沁、瓦剌两个高度自治的部落联盟。此时，达茂旗属右翼土默特万户北境，敖伦苏木古城曾一度为土默特部首领阿拉坦汗的夏宫。　　

清朝之后，达茂旗由达尔罕旗、茂明安旗和土默特旗的一部分组成。日本侵华，扶持伪蒙疆政府在希拉穆仁设置了席勒图旗。1945年，抗战胜利后席勒图旗撤销，重新归属土默特旗。　　

新中国成立后，达尔罕旗与茂明安旗合并，成立了达尔罕茂明安联合旗，旗政府设在百灵庙镇。1954年，绥远省合并到内蒙古自治区，同时，将原席勒图旗的一部分划归达尔罕茂明安联合旗，隶属乌兰察布盟。1996年1月1日，达茂旗划归包头市。