先秦时期
大约三千年前，这里的古代居民已进入了奴隶社会。据考古发现夏家店下层文化遗迹和生活器具证实，通辽土地上的第一代居民是东胡族和山戎族。
春秋时，燕国在河北省和辽宁省交界一带，就是通辽的中南部地区，为防御东胡人入侵，而修筑的燕长城遗迹，在奈曼旗、库伦旗境内仍清晰可辨。这证明最晚在春秋中叶，东胡人便已揭开了通辽古代文明的序幕。后来，东胡人为燕国所败北撤，秦王朝统一中国后，通辽的南部地区属辽东郡与辽西郡管辖，便成了秦的一部分，其他多数在东胡管辖区。
汉朝时期
西汉初，匈奴主宰了包括通辽境内的大漠南北广大地区，继之而起的是被匈奴控制的东胡族的后裔鲜卑和乌桓族。
汉武帝时，曾三次出兵匈奴后获胜，使通辽同内地的联系更为密切，大大促进了这一地区生产力的发展和繁荣。
东汉末年，鲜卑族首领檀石槐统一了鲜卑各部落，建立了部落军事联盟，包括大漠南北的广大地域，科尔沁草原亦属军事联盟的一部分。
南北朝至宋
南北朝时期，在鲜卑人生活了近五百年的科尔沁草原上，又兴起了新的民族契丹。契丹族自4世纪中叶，就游牧于西拉木伦河和老哈河流域。唐朝初年，形成部落联盟，受唐朝控制。在隋、唐之际，当时的整个通辽都在以契丹人为地方长官的中原王朝的统一控制之下。各民族经济、文化等方面相互交流的广度和深度，都大大超过以前任何时期，进入到一个新的发展阶段。到了辽代，通辽畜牧业已经十分发达。金王朝建立后，通辽行政上归北京路临潢府管辖。
元明清时期
公元1206年，成吉思汗统一蒙古各部，建立蒙古帝国，通辽纳入了蒙古帝国的版图。到了元朝时期，通辽归辽阳行中书省大宁路管辖。
明朝时期朱棣北伐之后，通辽又属"三卫"所辖之地，大部分属"扶余卫"管辖。明嘉靖三年（1524年），哈布图哈萨尔第十五世孙奎蒙可 · 塔斯哈剌率二十万部众浩浩南迁，开辟嫩江流域的广阔牧场。历经二百年的生息繁衍，逐渐强盛，成为漠南蒙古诸部中的强悍部落。形成了"喜峰口外，至京师一千二百八十里，东西距八百七十里，南北距二千里的三十六万公里"的广阔领地。从此通辽大部分地区成为科尔沁部落的驻地。
到了清朝，改往日部落制为盟、旗制，1636年（清朝崇德元年）建哲里木盟。哲里木盟是首统盟，当时包括4部、10旗。后来清政府又先后在蒙古王公贵族的封地设厅、府、州、县的建制，哲里木盟基本上归长春、昌图、洮南三府管辖。在清代，哲里木盟在政治、军事、经济上曾起过举足轻重的作用。
民国时期
1912年中华民国成立以后，哲里木盟10旗归北洋政府蒙藏院管辖，同时受东三省监督和节制。
1932年至1945年（伪满洲国时期）哲里木盟先后改称兴安南分省、兴安南省、兴安南地区，分别隶属于兴安局、蒙政部、兴安总省。
解放战争时期，哲里木盟先后改称哲里木省、哲里木盟，分别隶属于东蒙古人民自治政府、兴安省、辽西省、辽吉省、辽北省。
通辽上世纪40年代时是个镇，名字叫白音泰赉镇。后时任哲里木盟盟长蒙古王爷为白音泰赉镇建市取名"通辽"。
解放后
1949年4月，哲里木盟划归内蒙古自治区。1953年3月，哲里木盟建制撤销，所属各旗县市归内蒙古东部区行政公署管辖。
1954年4月，内蒙古东部区行政公署撤销，哲里木盟建制恢复，管辖范围与撤销前相同。
1969年7月，哲里木盟划归吉林省。
1979年7月，哲里木盟复归内蒙古自治区。