距今8000年前，奈曼境內(nèi)發(fā)現(xiàn)興隆洼文化。
春秋戰(zhàn)國時(shí)期，奈曼與燕國北部邊郡相鄰，生存在這里的民族有東胡族和山戎族，兩個(gè)民族以老哈河為界，山戎族在河陰，東胡族在河陽。
戰(zhàn)國時(shí)期，修建的燕長城將東胡族和山戎族隔開，山戎在長城內(nèi)，東胡在長城外。
秦朝時(shí)期，奈曼地域?yàn)檫|西郡北境屬東胡游牧地。
西漢初期，為幽州刺史部遼西郡北境，屬烏桓地。
東漢時(shí)期，屬鮮卑、烏桓族地，仍在遼西郡北境。
三國魏時(shí)期，在幽州昌黎郡北部，已亦鮮卑人所據(jù)。
東晉時(shí)期，契丹人入據(jù)此地。
南北朝時(shí)期，亦屬契丹領(lǐng)地。
隋朝時(shí)期，為遼西郡北境。
唐朝初期，為河北道營州都督府轄地，后屬松漠都督府。
五代十國時(shí)期，為契丹龍化州屬地。
遼朝時(shí)期，其地為興中府北境，隸于上京道臨潢府。
金朝時(shí)期，屬北京臨潢府路轄區(qū)。
元朝時(shí)期，為遼王封地，后為中書省寧昌路政區(qū)，蒙古人入據(jù)。
明朝時(shí)期，劃為大寧都指揮使司大寧衛(wèi)轄地，后授予兀良哈三衛(wèi)。
16世紀(jì)中葉，察哈爾東徙后，被其所并，分封為元太祖十九世孫額森偉征做為領(lǐng)地，以奈曼為所部號，為察哈爾八鄂托克之一。
后金天聰元年（1627年），奈曼部脫離察哈爾林丹汗統(tǒng)治，歸附后金。
清崇德元年（1636年），該部劃為一旗，襲用原名為“奈曼旗”。
清順治初年，欽定會盟制，奈曼旗始屬昭烏達(dá)盟。
民國三年（1914年），奈曼旗隸屬于熱河特別行政區(qū)昭烏達(dá)盟。
民國十七年（1928年），國民政府改熱河特別行政區(qū)為熱河省，奈曼旗遂隸屬于熱河省昭烏達(dá)盟。
東北淪陷時(shí)期，奈曼旗劃歸興安西省管轄。
民國二十四年（1935年）3月，偽奈曼旗公署成立。
民國三十二年（1943年）10月，偽滿政府設(shè)興安總省后，奈曼旗歸其所轄。
抗日戰(zhàn)爭勝利后，治旗十年有余的偽奈曼旗公署解體。
民國三十五年（1946年）1月，東蒙古自治政府成立，奈曼旗由其興南地區(qū)辦事處轄之。
同年3月，在中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)下，成立奈曼旗人民政府，隸屬于哲里木省政府。
民國三十五年（1946年）6月，奈曼旗屬遼吉區(qū)行政公署哲里木盟政府（亦稱第五專署）。
民國三十五年（1946年）9月，歸遼吉第一專署管轄。
民國三十五年（1946年）12月，歸遼北省第一專員公署所轄。
民國三十六年（1947年）11月，轉(zhuǎn)由新組建的遼北省第五專員公署（阜新地區(qū)）轄之。
民國三十七年（1948年）9月，復(fù)歸遼北省哲里木盟政府所轄。
民國三十八年（1949年）4月，奈曼旗隨哲里木盟由遼北省劃入內(nèi)蒙古自治區(qū)。
1953年3月，隸于內(nèi)蒙古自治區(qū)東部區(qū)行政公署。
1954年4月，撤銷東部區(qū)行署，奈曼旗復(fù)隸于恢復(fù)建制的哲里木盟人民政府。
1969年7月，奈曼旗隨哲里木盟劃入吉林省。
1979年7月，奈曼旗隨哲里木盟重歸內(nèi)蒙古自治區(qū)。
1999年1月，哲里木盟撤盟設(shè)市，奈曼旗隸屬通遼市管轄，旗人民政府駐大沁他拉鎮(zhèn)。