清初時期，大孤家子鎮境域屬鐵嶺縣。
清光緒三十二年（1906年），劃歸法庫直隸廳，屬正南路巡警分局（駐地大孤家子）。
清宣統二年（1910年），實行地方自治，屬法庫撫民廳南一鄉（自治會駐地大孤家子）。
民國二年（1913年），法庫廳改縣，政區沿襲舊制。
民國十二年（1923年），實行區村制，屬第三區，區公所駐地大孤家子村。
民國十七年（1928年），仍為三區。
偽滿時，分屬大孤家子、二道房兩村。
民國三十七年（1948年）2月，屬第三區，區政府所在地大孤家子。
1956年，撤銷區村建制，分屬大孤家子、牛其堡2鄉。
1958年2月，合并為大孤家子鄉。
1958年9月，大孤家子、馮貝堡2鄉合并為東方紅公社。
1959年，更名大孤家子公社。
1961年，東部12個大隊劃出設立馮貝堡公社。
1962年，增設李貝堡大隊。
1968年6月，改為大孤家子公社革命委員會。
1981年，改公社管委會。
1983年，改大孤家子鄉。
1984年8月，改大孤家子鎮。