肇州，金初，金太祖阿骨打于出河店（今肇源县茂兴镇南的“昂喇勒”古城）以“兵胜辽，肇基王绩于此，遂建为州”，因名“肇州”。设治时，以“该处有肇州古城，即名曰肇州厅”。汉晋属北夫余，隋唐属黑水靺鞨，辽属泰州，金属上京会宁府。1130年（金天会八年），于出河店设置肇州，领有始兴县，辖区面积约5万平方千米，今肇州县在其境内。1138年（金天眷元年），设防御使，隶会宁府。元属辽阳行省开元路，1293年（至元三十年），设置肇州，委派宣慰使。1295年（元贞元年），设置肇州屯田万户府，府治今肇东市四站镇境内“八里城”。明属奴儿干都司朵颜卫，设海西西路肇州站。
清为哲里木盟郭尔罗斯后旗游牧地。1904年10月14日（光绪三十年九月初六日），设立北郭尔罗斯荒务行局。翌年10月5日（光绪三十一年九月初七日），于察布奇尔台（今肇源县二站镇）设立郭尔罗斯后旗巡防局。勘定“安字十二井子中心”城基地（肇州正式设治后称“老城基”或“老街基”），备添官设署之用。1906年2月1日（光绪三十二年正月初八日），黑龙江将军奏准，设置肇州厅，选驻“骆驼脖子”（今肇源镇），辖境包括今肇州、肇源、肇东3县（市），并于昌五城设肇东分防经历。同年7月9日（农历五月十八日），肇州厅同知于巡防局启用肇州厅同知关防。隶属黑龙江分巡道。
中华民国成立后，1912年11月，将肇州厅东部划出，于昌五城设置肇东设治局。1913年1月23日，黑龙江省都督令各府、厅、州均改为县。同年3月1日，启用肇州县关防，县址“骆驼脖子”。隶属黑龙江省。1914年6月，设置龙江道，归龙江道管辖。1929年2月，撤销道的建制，由省直辖。时为二等县。东北沦陷后，隶属黑龙江省。1934年8月，因松花江水再度泛滥，县城全部被淹，伪县公署迁至老城基（今肇州镇）。同年12月，改隶滨江省管辖。
1945年“九三”抗日战争胜利后，初隶哈西专区，1946年3月划归吉江行政区，同年6月划归嫩江省管辖。1947年2月至9月，由黑嫩联合省第四专区管辖。黑嫩联合省分开后，仍归嫩江省管辖。1949年5月，黑、嫩两省合并后，归黑龙江省管辖。1958年8月，划归松花江专区管辖。1959年11月，以大同、群众、新生、联合、中心5个乡镇和肇源县的大官、兴隆两个乡合并，设立大庆区。1960年5月，将北部大庆区划归新设立的安达市管辖。1965年6月，改隶绥化专区管辖。1992年8月21日，国务院批准，划归大庆市领导；省政府9月26日下发通知，从12月1日起变更隶属关系。
1992年末，肇州县位于黑龙江省西南部，松嫩平原中部。东邻肇东市，南与肇源县接壤，西界大庆市，北与安达市毗连。全县总面积2392平方千米。总人口41.67万人，其中非农业人口6.97万人；满、蒙古、回族等少数民族人口约占0.5%。辖5镇、11乡。县政府驻地肇州镇。（以上摘自《黑龙江省志·地名录》，有改动）
1996年，肇州县面积2393平方千米，人口38.5万人。5个镇、11个乡：肇州镇、丰乐镇、兴城镇、朝阳沟镇、永乐镇、托古乡、万宝乡、永胜乡、丰林乡、二井乡、朝阳乡、双发乡、杏山乡、榆树乡、双龙山乡、新福乡。县政府驻肇州镇。
2000年第五次人口普查，肇州县（辖6个镇、10个乡）总人口371451人，其中：肇州镇64302人，丰乐镇25172人，兴城镇23966人，永乐镇21191人，朝阳沟镇36161人，二井镇21963人，万宝乡23790人，托古乡21486人，朝阳乡19400人，丰林乡13437人，榆树乡19016人，杏山乡13570人，双龙山乡10646人，新福乡17237人，双发乡19777人，永胜乡18095人，卫星种畜场2242人。
2001年，撤销万宝乡，并入肇州镇；撤销双龙山乡，并入新福乡；撤销丰林乡，并入二井镇；撤销杏山乡，并入兴城镇。将183个行政村调整为104个。2001年底，肇州县面积2445平方千米。辖6个镇、6个乡：肇州镇、丰乐镇、永乐镇、二井子镇、兴城镇、朝阳沟镇，托古乡、朝阳乡、新福乡、双法乡、永胜乡、榆树乡。