多伦县有较久远的历史，史称“多伦诺尔”。据史料记载，多伦地带春秋战国时属东胡。燕、秦筑长城，有燕、秦长城横贯县境。秦统一六国后，县境长城以北属东胡，以南属秦。西汉时为上谷郡北境，东汉时属乌桓，晋为鲜卑地，唐及五代为契丹地。宋朝时，先后为辽国和金国所控制。元初为开平府辖地，后升开平府为上都路，则属上都路开平县。明初县境属开平卫，明末开平卫废，此地渐为蒙古族牧地。清康熙二十九年(1690年)，清军在乌兰布统击败漠西准格尔部噶尔丹的进犯，翌年五月，康熙帝亲赴多伦诺尔，“七溪会阅”内外蒙古诸部，进一步确立清廷对外蒙古的统治地位，遂“从诸部所请，即其地建庙”，先后建“汇宗”、“善因”两大喇嘛教寺院，使多伦诺尔成为漠南藏传佛教中心。多伦诺尔“因庙而兴”，渐成集镇（因两寺规模宏大，影响所及，亦称多伦诺尔为喇嘛庙），以致于京城八大商号纷纷持龙票至多伦诺尔经商，晋、冀、鲁等地商人云集贸易而开旅蒙商先河，遂使多伦诺尔日趋繁华。佐以康熙、乾隆两帝几次巡幸，更使多伦诺尔蜚声中外。康熙四十九年(1710年)，建成兴化街，为多伦建置之始。雍正十年(1732年)，设“多伦诺尔宣抚理事厅”。多伦诺尔鼎盛于道光、同治年间，因旅蒙商业发展而成为北方民族贸易的主要集散地，以牲畜、皮毛、茶叶、绸缎等交易闻名全国，贸易额有“日进斗金”之说，被誉为“漠南商埠”、“塞外重镇”。商业的繁荣推动了手工业发展，多伦又成为塞外主要手工业产地之一，多伦诺尔工商业号四千家，人口逾十八万。清末民初，缘于中东铁路修成，贸易经商路线改变；外蒙古独立，商道中断；军阀混战，兵燹匪患频仍，商家受损，人口锐减，致使多伦商业衰落，日趋萧条，失去昔日繁荣。
民国二年(1913年)，多伦诺尔废厅设县，始置多伦县。民国22年(1933年)5月，日伪军侵占多伦，同年7月12日，吉鸿昌率领抗日同盟军激战五昼夜收复被日军占领的多伦县城，震惊中外，极大鼓舞了全国人民的抗日热情，多伦又因此为世人所瞩目。民国28年(1939年)，伪“蒙疆联合政府”成立，多伦为其所统治。民国34年(1945年)，日军投降，多伦光复，苏蒙联军进驻多伦，此地为重要兵栈。
1948年4月23日，多伦解放，标志着多伦人民新生活的开始。中华人民共和国成立后，多伦县隶属察哈尔省。1950年8月，多伦县划归内蒙古自治区，隶属察哈尔盟，1958年10月，锡林郭勒盟与察哈尔盟合并，多伦县隶属锡林郭勒盟。
多伦设县迄今，县治均位于多伦诺尔镇。多伦诺尔建于清初，初称多伦泊、多伦诺罗、七星潭。康熙四十九年(1710)置于兴化镇，又称买卖营（今多伦诺尔镇古城区）。乾隆六年(1741)，在兴化镇东北建成新盛宫，又名新营，新旧两营连为一体，称多伦诺尔。由于在多伦诺尔城北建有“汇宗、善因”两大著名的喇嘛庙，故亦称喇嘛庙，为多伦诺尔理事厅所在地。民国年间，多伦诺尔改称多伦镇，设一区，1945年8月，升镇为市，称多伦市。1949年5月降为城关区，次年改称多伦县第一区，1956年7月再称城关镇。1999年改称多伦诺尔镇。2009年改称为多伦诺尔镇。