锡林郭勒盟有着悠久的历史。在东乌珠穆沁旗和苏尼特左旗境内,至今尚存的大量岩画、石器等,证明早在石器时代这里已有人类活动。这里曾是匈奴、突厥、鲜卑、契丹等部落民族游牧、狩猎的地区。春秋战国时期至公元前3世纪末,这里相继为澹褴、东胡、匈奴部落联盟的属地。秦统一全国后,今盟域南部属上谷郡北境,西南属渔阳郡北境。汉朝至唐朝时期,这里或为各朝管辖,或为匈奴、突厥、鲜卑统治。宋朝时期此地为辽和金所控制。成吉思汗统一蒙古后,这里是蒙古汗国的重要区域。13世纪中叶建立元朝,在今正蓝旗境内建都,公元1260年忽必烈在此登基。元上都成为当时全国政治、经济、文化中心之一。明朝初年,朱元璋在今盟域南部建开平卫。

　　今盟域的南部,曾是原察哈尔盟辖地。察哈尔,始于(明代)成吉思汗嫡系达延汗时期。达延汗统一蒙古,分封诸子为左右翼三万户,其中察哈尔碾子户是嫡系。达延汗去世后,其继任者统率左翼三万户,驻扎于察哈尔(后因战事威胁曾东迁至蓟以北、大兴安岭)。察哈尔部后来在与清军的战争中失败。清朝统一全国以后,锡林郭勒盟、察哈尔盟逐步形成。康熙十四年(1675年)清政府仿照满洲八旗的方式,将察哈尔部编为察哈尔左翼、右翼各四旗。左翼为正蓝、正白、镶黄、镶白四旗;右翼为正黄、正红、镶红、镶蓝四旗,移牧于宣化、大同边外。另外,在察哈尔地区还设有清廷直辖的商都牧群,明安牧群,太仆寺左、右翼牧群,统称为察哈尔十二旗群。上不设盟与盟长,各旗由轮换任命的旗总管统治。察哈尔左翼四旗与太仆寺旗左翼牧群、太仆寺旗右翼牧群、明安牧群(与今正蓝旗合并)、商都牧群(与今镶黄旗合并,一部分归乌兰察布市)都在今锡盟域内。右翼四旗现为乌兰察布市的察右前、中、后三旗。1914年,民国政府设置察哈尔特别行政区。1928年,国民政府将察哈尔特别行政区改设为察哈尔省,现锡盟地区归察哈尔省管辖。

　　在今盟域的北部,历史上曾是乌珠穆沁、浩齐特、苏尼特、阿巴嘎、阿巴哈纳尔等五部驻牧地。从清崇德、顺治到康熙时期,上述各部陆续归附清朝,设左、右翼各5旗,即乌珠穆沁左翼旗、乌珠穆沁右翼旗、浩齐特左翼旗、浩齐特右翼旗、苏尼特左翼旗、苏尼特右翼旗、阿巴嘎左翼旗、阿巴嘎右翼旗、阿巴哈纳尔左翼旗、阿巴哈纳尔右翼旗。均设札萨克郡王,世袭。“盟”是清朝政府指定的固定会盟地点的名称。上述五部十旗会盟始于清朝顺治年间,地点在锡林河畔“楚古拉干敖包”山。锡林郭勒,蒙古语意为丘陵地带的河,故盟名为锡林郭勒盟。盟衙门设在担任盟长的旗札萨克王府。清嘉庆年间,迁到贝子庙(今锡林浩特市)。

　　1911年辛亥革命后,锡林郭勒盟、察哈尔盟治理方式基本延续清朝旧制。

　　1947年5月1日,内蒙古自治政府成立后,锡、察二盟划归内蒙古自治政府。察盟民主政府辖9个旗:明安旗、商都旗、太仆寺左翼旗、太仆寺右翼旗、镶白旗、正白旗、镶黄旗、正蓝旗、多伦淖尔旗(该旗1947年7月撤销)。锡盟民主政府辖11个旗:乌珠穆沁左翼旗、乌珠穆沁右翼旗、浩齐特左翼旗、浩齐特右翼旗、苏尼特左翼旗、苏尼特右翼旗、阿巴嘎左旗、阿巴嘎右旗、阿巴哈纳尔左翼旗、阿巴哈纳尔右翼旗、布里亚特旗(该旗1947年7月撤销)。1948年,锡盟将10个旗调整为5个旗:乌珠穆沁左翼旗、乌珠穆沁右翼旗和浩齐特左翼旗合并为东部联合旗,浩齐特右翼旗、阿巴嘎左翼旗和阿巴哈纳尔左翼旗合并为中部联合旗,阿巴嘎右旗和阿巴哈纳尔右翼旗合并为西部联合旗。苏尼特左翼旗、苏尼特右翼旗建制不变。 

　　中华人民共和国成立后,察盟、锡盟民主政府改称人民政府。其中,1950年,原归属察哈尔省察北区的多伦、宝昌、化德三县划归察盟。1956年,正镶白联合旗更名为正镶白旗,太仆寺左旗与宝昌县合并为太仆寺旗,商都镶黄联合旗更名为商都镶黄旗。在原锡林郭勒盟,1952年,撤销中部联合旗,其行政区域划入西部联合旗。1953年9月,贝子庙(锡盟盟府驻地)改称锡林浩特(镇)。1956年6月,撤销东部联合旗,设东乌珠穆沁旗和西乌珠穆沁旗。西部联合旗更名为阿巴嘎旗。同年,北京—乌兰巴托—莫斯科国际联运列车正式开通,二连浩特市建立,二连浩特市成为中国通往蒙古国、俄罗斯和东欧国家重要的交通枢纽及国际性常年开放的边境陆路口岸。

　　1958年经国务院批准撤销察哈尔盟建制,其所辖区域划归锡林郭勒盟。全盟辖9旗(东乌珠穆沁旗、西乌珠穆沁旗、阿巴嘎旗、苏尼特左旗、苏尼特右旗、正镶白旗、正蓝旗、商都镶黄旗、太仆寺旗),两县(多伦县、化德县)。

　　1960年,撤销化德县建制,其区域并入商都镶黄旗,商都镶黄旗更名为镶黄旗。

　　1963年4月,恢复化德县建制。

　　1963年10月,增设阿巴哈纳尔旗建制。

　　1966年1月,国务院批准设立二连浩特市(旗县级)。

　　1969年11月,二连浩特市、化德县、苏尼特右旗划归乌兰察布盟。“文化大革命”中锡盟成立革命委员会,辖域不变。

　　1978年6月,撤销锡盟革命委员会,恢复锡盟行政公署。1980年5月,二连浩特市、苏尼特右旗划归锡盟。

　　1983年10月,撤销阿巴哈纳尔旗建制,设锡林浩特市。

　　1985年二连浩特市升格为准地级市,1986年内蒙古自治区人民政府批准二连浩特市为计划单列市。

　　1993年2月,乌拉盖综合经济开发区建立。

　　至1993年末,锡盟辖9个旗、2个市、1个县、1个开发区,分别是:锡林浩特市、二连浩特市、东乌珠穆沁旗、西乌珠穆沁旗、阿巴嘎旗、苏尼特左旗、苏尼特右旗、镶黄旗、正镶白旗、太仆寺旗、正蓝旗、多伦县和乌拉盖综合经济开发区。

　　2005年5月,乌拉盖综合经济开发区更名为乌拉盖管理区。2006年8月,东乌珠穆沁旗境内的珠恩嘎达布其口岸扩大为国际性常年开放的边境陆路口岸。