伊金霍洛为蒙古语，“圣主的陵园”之意，以境内有著名的成吉思汗陵园而得名。汉时分属西河、朔方郡。唐时分属榆林等郡。元置西夏中兴等路，后属东胜、云内二州。
清顺治年间（1649年）为便于控制蒙古各部落，在鄂尔多斯地区实行盟旗建制，其中之一为鄂尔多斯左翼中旗（即郡王旗）。乾隆年间（1736年）从乌审旗将近族台吉的平民分为十三个苏木，划拨土地，组成鄂尔多斯右翼前末旗（即札萨克旗）。
1958年11月5日经国务院82次会议批准，札萨克旗、郡王旗合并，暂称“札郡旗”。1959年1月15日，经内蒙古自治区人民政府批准，取旗名“伊金霍洛旗”。旗址驻地设在新街镇，1964年7月1日迁往阿勒腾席热镇。
1996年?，伊金霍洛旗面积5958平方千米，人口14.1万人，其中蒙古族占6%。辖3个镇、3个苏木、8个乡：阿勒腾席热镇、新街镇、乌兰木伦镇、台格苏木、伊金霍洛苏木、苏布尔嘎苏木、公尼召乡、台吉召乡、合同庙乡、红庆河乡、纳林希里乡、哈巴格希乡、纳林陶亥乡、新庙乡。旗政府驻阿勒腾席热镇。
2000年第五次人口普查，伊金霍洛旗总人口147739人，其中：阿勒腾席热镇29440人，新街镇9345人，乌兰木伦镇24722人，纳林陶亥镇5794人，台吉召镇6990人，纳林希里镇11938人，红庆河镇9016人，台格苏木8331人，苏布尔嘎苏木4981人，伊金霍洛苏木4622人，新庙乡7321人，哈巴格希乡5255人，合同庙乡3832人，公尼召乡7307人，布连乡5564人，布尔台格乡3281人。
2000年，全旗辖总面积6000平方千米。总人口14.3万人，其中农牧业人口12万人；蒙古族人口0.9万人。辖7个镇、3个苏木、6个乡，146个嘎查（村），903个农牧业生产合作社。
2001年?，全旗辖8个镇、3个苏木、5个乡：阿勒腾席热镇、新街镇、乌兰木伦镇、纳林陶亥镇、台吉召镇、纳林希里镇、红庆河镇、新庙镇、台格苏木、苏布尔嘎苏木、伊金霍洛苏木、哈巴格希乡、合同庙乡、公尼召乡、布连乡、布尔台格乡。2003年，将哈巴格希乡划归东胜区管辖。
2004年末，伊金霍洛旗总人口14.25万人，其中蒙古族9869人。辖8个镇、3个苏木、4个乡：阿勒腾席热镇、新街镇、乌兰木伦镇、纳林陶亥镇、台吉召镇、纳林希里镇、红庆河镇、新庙镇、台格苏木、苏布尔嘎苏木、伊金霍洛苏木、合同庙乡、公尼召乡、布连乡、布尔台格乡。（鄂尔多斯市年鉴2005）
2005年，伊金霍洛旗撤并调整8个苏木乡镇，整合新组建7个镇，即：保留阿勒腾席热镇；撤布连乡、布尔台格乡、乌兰木伦镇，设乌兰木伦镇；撤公尼召乡、伊金霍洛苏木，设伊金霍洛镇；撤新街镇、台格苏木，设札萨克镇；撤新庙镇、纳林陶亥镇，设纳林陶亥镇；撤纳林希里镇、红庆河镇，设红庆河镇；撤台吉召镇、苏布尔嘎苏木、合同庙乡，设苏布尔嘎镇。截止11月7日，全旗苏木乡镇布局调整工作已基本结束。
2009年，全旗总面积5600平方千米。总人口15.98万人，其中少数民族11923人。辖7个镇。