北魏建都于盛乐（今县境土城子村），隋朝在此置定襄郡。唐先后置云中都护府、单于大都护府、北安都护府。元时归丰州。明清时为蒙古土默特部（旗）牧地。清康熙年间置站，称二十家子，蒙古语称“和林格尔”，即二十家子之意。乾隆元年（1736年）设协理通判厅。
同治四年（1865年）设和林格尔厅。民国元年（1912年）改和林格尔县。解放初仍延用清朝期间蒙汉分治体制，土默特旗在此设立三区（俗称蒙三区）管理县境内的蒙民事宜。1949年以后，先后隶属平地泉行政区、乌兰察布盟，1995年划归呼和浩特市。
1996年，和林格尔县面积3401平方千米，人口18.5万人，其中蒙古族0.9万人，占总人口的5%。辖1个镇、16个乡：城关镇、黑老窑乡、胜利营乡、董家营乡、樊家窑乡、新丰乡、羊群沟乡、三道营乡、新红乡、大红城乡、新店子乡、巧尔什营乡、舍必崖乡、西沟门乡、灯笼素乡、土城子乡、公喇嘛乡。县政府驻城关镇。
2000年第五次人口普查，总人口176474人，其中：城关镇31177人，巧尔什营乡14343人，董家营乡15466人，舍必崖乡13405人，土城子乡7630人，公喇嘛乡17742人，西沟门乡10061人，灯笼素乡4075人，樊家窑乡6665人，大红城乡9769人，新红乡5968人，新丰乡4909人，新店子乡9487人，羊群沟乡7084人，黑老夭乡8601人，胜利营乡4797人，三道营乡5295人。
2001年，撤销胜利营乡，并入城关镇；撤销土城子乡，设立盛乐镇；撤销灯笼素乡，并入西沟门乡；撤销新丰乡，并入新店子乡；撤销新红乡，并入大红城乡。调整后，和林格尔县辖2个镇、11个乡：城关镇、盛乐镇、西沟门乡、公喇嘛乡、巧尔什营乡、舍必崖乡、董家营乡、大红城乡、羊群沟乡、黑老窑乡、新店子乡、樊家窑乡、三道营乡。全面积3436平方千米，总人口18.86万人，其中农业人口16.54万人；其中贫困人口4.17万人，占农业人口的25.21%。
2006年?，撤销樊家窑乡，并入城关镇；撤销西沟门乡、公喇嘛乡、巧什营乡，并入盛乐镇；撤销新店子乡，设立新店子镇；撤销董家营乡，并入舍必崖乡；撤销三道营乡，并入大红城乡。调整后，和林格尔县辖3个镇、4个乡：城关镇、盛乐镇、新店子镇、舍必崖乡、大红城乡、羊群沟乡、黑老窑乡。（以及盛乐经济园区，共有10个居委会、145个行政村、5个农场，750个自然村）
2009年，和林格尔县总面积3436平方千米，总人口约20万人，辖3镇、4乡、1个经济开发区，共有145个行政村、5个农场、10个居委会。
2012年，恢复巧什营乡。调整后，和林格尔县辖3个镇、5个乡：城关镇、盛乐镇、新店子镇、舍必崖乡、大红城乡、羊群沟乡、黑老窑乡、巧什营乡。