秦始皇二十六年（前221年），今杭錦旗地區北屬九原郡（郡治今包頭市西），南屬榆中郡。
秦末漢初，為匈奴占據。
西漢元朔二年（前127年），置朔方郡，治所朔方（今杭錦旗北境）。
朔方郡轄縣在今杭錦旗境置有朔方、呼遒（旗境東北）、修都（今錫尼鎮西）、渠搜（東部都尉駐地，今旗境東北）等縣。
元封元年（前110年）冬，漢武帝出巡曾從云陽直到朔方。
東漢永和五年（140年），縣治廢，地屬匈奴。
三國、西晉時期，今旗境屬羌族政權統轄地。
東晉十六國期間，今杭錦旗境先后為后趙（羯石氏）、前秦（氐苻氏）、后秦（羌姚氏）等所轄朔州地。
夏國龍升三年（409年），屬夏（匈奴鐵弗赫連氏）幽州轄境。
北魏神麚四年（431年），北魏取代夏統轄今鄂爾多斯地區，今旗境屬北魏夏州。
其西北部屬沃野鎮（治所一說在今磴口縣河拐子古城，一說在今杭錦旗巴拉亥鄉境）；其東北部屬代名郡，治所呼遒（今旗東北境），轄呼遒、渠搜等縣；其東南部屬大成縣（治所今旗東南）。
西魏大統十二年（546年），今旗境屬沃野鎮。
隋大業八年（612年），今旗境屬五原郡九原縣、永豐縣轄地。
唐總章二年（669年），今旗境屬豐州的九原、豐安等縣轄地。
元和十五年（820年），今旗境屬豐州都防御使統轄地。
遼神冊五年（920年），遼得豐州，今旗境北部地區為遼天德軍轄區。
北宋初期，南部地區仍屬宥州。
遼重熙七年（1038年），今旗境屬西夏宥州。
元至順元年（1330年），今杭錦旗境基本上屬甘肅行省兀剌海路轄地；南部屬陜西行省延安路。
明朝初年，屬東勝衛，天順年間蒙古族入駐。
正德五年（1510年），統屬蒙古鄂爾多斯萬戶。
清順治六年（1649年），編為鄂爾多斯右翼后旗，俗稱杭錦旗（轄境相當于今杭錦旗北部、臨河市大部、五原縣和杭錦后旗各一部分地區），下設9參領區、42佐領，設札薩克世襲掌理旗務，駐鄂爾吉虎諾爾。
乾隆五年（1740年），鄂爾多斯右翼后旗（杭錦旗）與阿拉善旗之間發生邊境糾紛，清廷派員裁決，兩旗以黃河為界，河西為阿拉善旗牧地，河東為鄂爾多斯右翼后旗牧地。
清末時期，貽谷督辦墾務大臣廣放蒙地后，旗屬黃河北岸牧地，大部成為墾區，屬烏伊盟墾務局。
光緒二十九年（1903年），設置五原廳，統領黃河北岸河套地區的行政事務。
民國三年（1914年），杭錦旗隨伊克昭盟劃歸綏遠特別區。
民國十七年（1928年），隸屬綏遠省伊克昭盟。
民國二十五年（1936年），杭錦旗設立“文武衙門，文衙門即原有之旗政府，武衙門乃該旗騎兵保安公署”。
“札薩克為一旗之最高行政長官，系世襲”。
旗政府將旗內民戶、區域劃分為36個蘇木（亦稱佐，各設章蓋，為直接管理蒙民戶口之官）；將蘇木組合為8個札蘭章京（亦稱參領），承旗政府東西梅楞之命，指揮各蘇木章蓋辦理基層事務。
民國二十九年（1940年），綏遠省在黃河南岸杭錦旗境墾區與鄂托克旗境墾區設置桃力民辦事處（縣級），約管轄旗境三分之一的地區（包括今旗轄巴拉亥鄉、杭錦淖爾鄉、勝利鄉、四十里梁鄉、阿門其日格鄉、塔然高勒鄉、夭斯圖蘇木及呼和木都蘇木東部地等），隸屬綏遠省第三行政督察專員公署（駐東勝）管轄。
民國三十八年（1949年）9月，杭錦旗和平解放。
1949年12月21日，綏遠軍政委員會決定撤銷桃力民辦事處，將原屬桃力民辦事處的一部分地區劃回杭錦旗。
1950年春，杭錦旗人民政府成立，駐錫尼鎮，隸屬伊克昭盟。
1953年9月，撤銷杭錦旗設在黃河北岸的中、西巴嘎鄉，其轄區就近劃歸陜壩專署杭錦后旗、五原縣和安北縣。
同時，將達拉特旗西部黃河南岸3個鄉劃入旗境。
1954年3月，杭錦旗隨伊克昭盟劃歸內蒙古自治區。
2001年，國務院撤銷地級伊克昭盟設立地級鄂爾多斯市，杭錦旗屬鄂爾多斯市管轄。