1918年由辽源县析置通辽县，取通达辽东之意命名。“哲里木”系蒙古语译音，意为“马鞍肚带”。历史上多为北方少数民族政权领地。元为开元路北境，明初置福余外卫。清天聪年间科尔沁、郭尔罗斯、杜尔伯特、扎赉特四部会盟于“哲里木”（今科尔沁右翼中旗境内），始有哲里木盟，为内蒙各部首统盟。1947年划归内蒙古自治区。
1949年哲里木盟盟府驻通辽县。辖通辽、开鲁2县及扎鲁特旗（驻鲁北镇）、科尔沁左翼中旗（驻巴彦塔拉）、科尔沁左翼后旗（驻吉尔嘎郎）、库伦旗、奈曼旗（驻大沁他拉）等5旗。1951年由通辽县析置通辽市，哲里木盟盟府驻通辽市。1953年哲里木盟所属各旗、县均由东部行政区直辖。
1954年恢复哲里木盟，盟府驻通辽市。辖通辽市及通辽、开鲁2县，扎鲁特旗、科尔沁左翼中旗、科尔沁左翼后旗（迁甘旗卡）、库伦旗、奈曼旗等5旗。1956年科尔沁左翼中旗由巴彦塔拉迁驻保康镇。1958年撤销通辽县，并入通辽市。1964年恢复通辽县（驻通辽市）。1965年原属呼伦贝尔盟的科尔沁右翼中旗划入哲里木盟。辖1市、2县、6旗。
1969年将哲里木盟划归吉林省。1979年哲里木盟由吉林省划入内蒙古自治区，辖通辽市及通辽（驻通辽市）、开鲁2县，科尔沁左翼中旗（驻保康镇）、科尔沁左翼后旗（驻甘旗卡）、库伦旗、奈曼旗（驻大沁他拉）、扎鲁特旗（驻鲁北）、科尔沁右翼中旗（驻白音胡硕）等6旗。
1985年11月9日，国务院批准设立霍林浩特市，以扎鲁特旗的霍林河办事处为其行政区域，驻珠斯花镇。1986年7月21日，国务院批准撤销通辽县，并入通辽市。1996年，哲盟总面积39539平方千米，总人口约291.9万人，其中蒙古族占42.3%，盟行政公署驻通辽市。辖通辽市、霍林郭勒市、扎鲁特旗、科尔沁左翼中旗、奈曼旗、库伦旗、科尔沁左翼后旗、开鲁县计2市5旗1县。
1999年1月13日，国务院批准（国函[1999]5号）撤销哲里木盟和县级通辽市，设立地级通辽市，市人民政府驻新设立的科尔沁区。通辽市设立科尔沁区，以原县级通辽市的行政区域为科尔沁区的行政区域。区人民政府驻科尔沁大街102号。通辽市辖原哲里木盟的科尔沁左翼中旗、科尔沁左翼后旗、库仑旗、奈曼旗、扎鲁特旗、开鲁县和新设立的科尔沁区。原哲里木盟的县级霍林郭勒市由内蒙古自治区直辖。
2000年5月始，通辽市在全区率先推行乡级行政区划改革，将平原农业区1.5万人口以下、牧区5000人口以下、半农半牧区和以农为主的山区1.5万人口以下的苏木乡镇纳入撤并范围，共撤并56个苏木、乡镇。
2000年第五次人口普查，通辽市总人口3028419人；其中：科尔沁区793913人、科尔沁左翼中旗511196人、科尔沁左翼后旗387577人、开鲁县382836人、库伦旗172419人、奈曼旗421049人、扎鲁特旗292484人、霍林郭勒市66945人。
2006年，全市总面积59535平方千米。有1个市辖区、1个县级市、1个县、5个旗、1个经济技术开发区；设12个乡、81个镇、45个苏木、13个街道，179个居委会、1423个村委会、1288个嘎查。（同年撤并苏木乡镇）
2009年末，全市总面积59535平方千米。有1个市辖区，1个县级市，1个县，5个旗，1个经济技术开发区。常住人口308.26万人，比上年末减少0.81万人。其中，城镇人口124.14万人，比上年末增加9.77万人，占常住人口的40.3%。全市常住人口密度为52人/平方千米。户籍人口318.85万人，增加1.94万人。其中：非农业人口123.14万人，增加3.67万人；农业人口195.71万人，减少1.73万人。蒙古族人口152.17万人，增加3.42万人，占总人口的47.7%。
2012年，按照《内蒙古自治区人民政府关于调整通辽市部分苏木乡镇行政区划的批复》和3月30日《通辽市人民政府关于调整部分苏木镇行政区划的通知》（通政字[2012]55号）文件精神，左中、后旗、库伦、奈曼、扎旗五个旗恢复设立的13个苏木乡。通辽市苏木乡镇行政区划由原来的77个苏木乡镇恢复到90个苏木乡镇。