“土默特”系蒙古语译音，意为“万户”，蒙语称东为左。辽、金、元时置丰州。16世纪初，阿勒坦汗率土默特部迁入，又以“土默川”著称至今。17世纪中叶，清政府在土默特地区设置土默特左、右翼特别旗。雍正、乾隆年间在土默特地区实行“旗厅并存，蒙汉分治”体制，在同一地区又设置了归绥、托克托等6厅，“厅”后改县。1950年土默特旗与归绥县、萨拉齐县并存，1954年撤销归绥县。1969年土默特旗分设左、右二旗，土左旗辖原旗境东部地。解放后至1971年隶属乌兰察布盟，1971年后划归呼和浩特市辖。
1996年，土默特左旗面积2712平方千米，人口约33.5万人，其中蒙古族3万人。辖3镇16乡：察素齐镇、毕克齐镇、善岱镇、把什乡、此老乡、沙尔沁乡、沙尔营乡、白庙子乡、塔布赛乡、三两乡、北什轴乡、枳芨梁乡、台阁牧乡、铁帽乡、哈素乡、大岱乡、青山乡、兵州亥乡、陶思浩乡。旗政府驻察素齐镇。
2000年第五次人口普查，土默特左旗总人口340606人，其中：察素齐镇52904人，毕克齐镇23016人，善岱镇18458人，把什乡21011人，此老乡9930人，兵州亥乡13480人，台阁牧乡22725人，白庙子乡18994人，沙尔营乡18823人，沙尔沁乡17003人，北什轴乡15750人，铁帽乡11736人，三两乡13449人，塔布赛乡12769人，大岱乡16188人，哈素乡17297人，陶思浩乡15074人，只几粱乡18744人，青山乡3255人。
2001年4月30日，撤销青山乡，其所辖村分别划归到陶思浩乡（1村）、把什乡（2村）、察素齐镇（2村）、毕克齐镇（4村）、兵州亥乡（2村）管辖；撤销此老乡，整体合并到察素齐镇；撤销哈素乡，其所辖村分别划归到陶思浩乡、把什乡、善岱镇管辖。调整后，土默特左旗辖3个镇、13个乡：察素齐镇、毕克齐镇、善岱镇、把什乡、兵州亥乡、台阁牧乡、沙尔沁乡、沙尔营乡、白庙子乡、三两乡、北什轴乡、塔布赛乡、铁帽乡、大岱乡、陶思浩乡、只几梁乡。共有320个行政村。全旗面积2712平方千米，总人口348166人，其中非农业人口43844人，少数民族39234人。
？年，撤销台阁牧乡，设立台阁牧镇；撤销白庙子乡，设立白庙子镇。调整后，全旗辖5个镇、11个乡：察素齐镇、毕克齐镇、善岱镇、台阁牧镇、白庙子镇、把什乡、兵州亥乡、沙尔沁乡、沙尔营乡、三两乡、北什轴乡、塔布赛乡、铁帽乡、大岱乡、陶思浩乡、只几梁乡。
2006年，撤销把什乡，并入察素齐镇；撤销兵州亥乡，并入毕克齐镇；撤销沙尔营乡，并入白庙子镇；撤销大岱乡，并入善岱镇；撤销三两乡，并入北什轴乡；撤销陶思浩乡，并入只几梁乡；撤销铁帽乡，并入塔布赛乡。调整后，全旗辖5个镇、4个乡：察素齐镇、毕克齐镇、善岱镇、台阁牧镇、白庙子镇、沙尔沁乡、北什轴乡、塔布赛乡、只几梁乡。
2010年11月26日，沙尔沁正式撤乡设镇。2012年3月，土左旗沙尔沁镇整建制划归经济技术开发区托管。