春秋戰國，這里居住著東胡族部落。
，秦朝末年至南北朝，游牧在這里的主要民族是東胡族的兩個支系烏桓和鮮卑。
西漢，在烏桓統治區設立烏桓校尉，科左中旗這一帶歸烏桓校尉管轄。
公元一世紀中葉，烏桓人南遷，東部鮮卑開始統治這里。
唐初，在契丹地設松漠都督府。
五代，耶律阿保機統一契丹各部，建立契丹國，這一帶屬上京道東境及東京道北境。
金代，屬上京路臨潢府管轄。
元代，屬中書省開原路管轄。
明代，嫩江流域和東、西遼河流域屬于兀良哈三衛（即朵顏衛、夫余衛、泰寧衛），屬泰寧衛管轄。
嘉靖年間，哈撒爾第十四孫奎蒙克塔斯哈喇（為韃靼部大酋）率部南遷，在嫩江至遼河之間的大片草原上游牧，奎蒙克塔斯哈喇號所部為嫩江科爾沁，北起嫩江南至遼河這片土地始稱科爾沁草原。
后金天命十一年（1626年），奎蒙克塔斯哈喇后裔奧巴率科爾沁部歸附后金。
清崇德元年（1636年），設科爾沁左翼中旗，直屬朝廷蒙古衙門（后改為理藩院）管轄，受哲里木盟監督，盛京將軍節制。
嘉慶八年（1803年），在科爾沁左翼中旗招墾設梨樹城。
道光元年（1821年），改設分防照磨。
光緒四年（1878年），改設奉化縣。
民國3年（1914年），改為梨樹縣。
道光元年（1821年），科爾沁左翼中旗召墾于八家鎮。
同治五年（1866年），八家鎮歸邊海撫民同知。
光緒三年（1877年），改設懷德縣（公主嶺市）。
咸豐元年（1851年），科爾沁左翼中旗放荒于鄭家屯。
光緒六年（1880年），設鄭家屯主簿。
光緒二十八年（1902年），在鄭家屯設遼源州。
民國2年（1913年），改為遼源縣（雙遼市）。
光緒二十四年（1898年），在科爾沁左翼中旗設四平站，隸屬于昌圖府。
民國2年（1913年），在科爾沁左翼中旗采哈新甸雙山鎮設雙山縣。
民國3年（1914年），在科爾沁左翼中旗巴林太來設通遼鎮。
民國7年（1918年），改為通遼縣。
民國20年（1931年），九一八事變后，日本占領東三省，全境淪陷。
民國21年（1932年）4月，在巴彥塔拉溫都爾王府成立偽東科左中旗公署。
民國34年（1945年），東科中旗隸屬興安地區，受內蒙古人民革命黨東蒙本部領導。
民國35年（1946年）3月，哲里木省在科左中旗駐地巴彥塔拉成立，科左中旗隸屬哲里木省。
6月，哲里木省撤銷，設立哲里木盟，東科中旗隸屬遼吉省哲里木盟。
民國36年（1947年）9月至民國38年（1949年）4月，科左中旗由遼北省代管，科左中旗及整個哲里木盟歸內蒙古自治區管轄。
1953年2月，哲里木盟撤銷，科左中旗隸屬內蒙古自治區東部行政公署。
1954年4月，哲里木盟恢復建制，科左中旗隸屬內蒙古自治區哲里木盟。
1969年7月，哲里木盟劃歸吉林省，科左中旗隸屬吉林省哲里木盟。
1979年7月，哲里木盟劃回內蒙古自治區，科左中旗隸屬內蒙古自治區哲里木盟。
1999年1月，哲里木盟撤盟設市，科左中旗隸屬內蒙古自治區通遼市。