通遼市的前身哲里木盟建置始于清初，其地域北由索岳爾濟山以南的洮爾河、嫩江流域起，南至烏哈那德山的東西遼河流域和養息牧河，西起烏哈那山，東至松花江、伊敦河。
春秋戰國時代（約前771年至前476年），這里居住著東胡、室韋等游牧部落。
戰國時期，通遼燕長城以南歸燕國的遼東郡和遼西郡管轄。
秦代，東、西遼河一帶隸屬于遼東郡和遼西郡，嫩江流域仍由東胡人駐牧。
西漢時期，游牧于嫩江流域和東、西遼河流域的主要是東胡人的后裔鮮卑人和烏桓人，東、西遼河以南部分地區歸玄菟郡、遼東郡、遼西郡管轄。
東漢時期，嫩江流域隸屬于夫余，燕長城以南隸屬于東漢的遼東郡、遼西郡。
三國時期，鮮卑人大規模內遷，東、西遼河流域隸屬于東部鮮卑的慕容部。
西晉時期，嫩江流域為夫余國屬地。
東晉十六國時期，燕王慕容的勢力達東、西遼河流域。
北部隸屬于契丹，北燕在北部設置歸善王。
南北朝至隋唐時期，北部隸屬于契丹，南部隸屬于室韋。
唐代，在契丹地設饒樂都督府，后設松漠都督府；在室韋地設室韋都督府。
唐末，嫩江流域部分地區歸渤海夫余府管轄。
遼代，嫩江流域和東、西遼河流域歸上京道和東京道管轄。
金代，嫩江流域和東、西遼河流域歸上京路臨潢府及東北路招討司、咸平路咸平府管轄。
元代，嫩江流域和東、西遼河流域歸遼陽行省開元路、中書省泰寧路和寧昌路管轄。
明代，嫩江流域和東、西遼河流域隸屬于兀良哈三衛（即朵顏衛、夫余衛、泰寧衛），歸大寧都司管轄。
明成祖時，成吉思汗胞弟哈布圖哈撒爾后裔奎蒙克塔斯哈喇部游牧于嫩江流域，稱嫩科爾沁，并很快控制兀良哈三衛之地。
后金天命十一年（1626年），奎蒙克塔斯哈喇后裔奧巴率科爾沁部歸附后金。
清崇德元年（1636年），在科爾沁部設科爾沁右翼中旗、科爾沁右翼前旗、科爾沁右翼后旗、科爾沁左翼中旗、科爾沁左翼前旗，在郭爾羅斯部設郭爾羅斯旗。
順治五年（1648年），在扎賚特部設扎賚特旗，在杜爾伯特部設杜爾伯特旗，析郭爾羅斯旗為郭爾羅斯前旗、郭爾羅斯后旗。
順治七年（1650年），在科爾沁部設科爾沁左翼后旗。
至此，哲里木盟共轄10旗。
科爾沁6個旗受盛京（奉天）將軍監督與節制，郭爾羅斯前旗受吉林將軍監督與節制，郭爾羅斯后旗、扎賚特旗、杜爾伯特旗受黑龍江將軍監督與節制。
清朝后期，蒙地放墾，并實行劃界分治。
嘉慶五年（1800年），在郭爾羅斯前旗長春堡設長春廳（1825年移駐寬城子）。
道光元年（1821年），改設分防照磨。
光緒十五年（1889年），廳升府。
1913年府改縣。
嘉慶八年（1803年），在科爾沁左翼中旗招墾設梨樹城（俗稱買賣街）。
光緒四年（1878年），改設奉化縣治。
1914年改為梨樹縣。
嘉慶七年（1802年），在科爾沁左翼后旗常突額勒克招墾。
嘉慶十一年（1806年），設昌圖理事通判廳。
同治二年（1863年）改為邊海撫民同知。
光緒二年（1876年），升為昌圖府。
道光元年（1821年），科爾沁左翼中旗招墾于八家鎮。
同治五年（1866年），八家鎮歸邊海撫民同知。
光緒三年（1877年），改設懷德縣。
道光七年（1827年），在郭爾羅斯前旗設龍灣鄉。
光緒八年（1882年），在龍灣鄉設農安分防照磨。
光緒十五年（1889年），改設農安縣。
咸豐元年（1851年），科爾沁左翼中旗放荒于鄭家屯。
光緒六年（1880年），設鄭家屯主簿。
光緒二十八年（1902年），在鄭家屯設遼源州。
光緒六年（1880年），在科爾沁左翼前旗康家屯放荒。
光緒二十四年（1898年），在科爾沁左翼中旗周邊村設四平站，隸屬于昌圖府。
光緒二十八年（1902年），在科爾沁左翼前旗及土默特左旗交界處的橫道子設彰武縣。
光緒三十年（1904年），在扎賚特旗莫勒紅崗子設大賚廳。
光緒三十年（1904年），在科爾沁右翼前旗雙流鎮設洮南府。
光緒三十年（1904年），在科爾沁右翼前旗洮兒河北的白城子設靖安縣，在七井子設開通縣。
光緒三十一年（1905年），在科爾沁右翼后旗洮兒河南的錢家窩堡設安廣縣。
光緒三十二年（1906年），在郭爾羅斯后旗設肇州直隸廳，后改為肇州縣；將郭爾羅斯前旗沐德、懷德二鄉劃出，設德惠縣；在杜爾伯特旗設安達廳，后改設安達縣；在杜爾伯特旗東集鎮設林甸縣；在科爾沁右翼中旗設醴泉鎮，宣統元年（1909年），改為醴泉縣，后改為突泉縣。
光緒三十三年（1907年），在郭爾羅斯前旗設長嶺縣。
光緒三十四年（1908年），在科爾沁右翼后旗查干淖爾設鎮東設治局，宣統二年（1910年），改設鎮東縣。
民國二年（1913年），在科爾沁左翼中旗采哈新甸雙山鎮設雙山縣，后與遼源縣合并為雙遼縣。
民國三年（1914年），在科爾沁左翼中旗巴林太來設通遼鎮，后改為通遼縣。
民國四年（1915年），在科爾沁右翼中旗所置的醴泉縣析出開化縣，后改為瞻榆縣。
民國十七年（1928年），在郭爾羅斯前旗設乾安縣。
民國二十一年（1932年），科爾沁右翼前旗、科爾沁右翼中旗、科爾沁右翼后旗、科爾沁左翼前旗、科爾沁左翼中旗、科爾沁左翼后旗、扎賚特旗隸屬于偽興安省的興安南分省。
民國二十三年（1934年），偽興安南分省改興安南省，歸蒙政部管轄，通遼縣、庫倫旗劃歸興安南省，郭爾羅斯前旗歸吉林省管轄，郭爾羅斯后旗歸濱江省管轄，杜爾伯特旗歸黑龍江省管轄。
民國三十二年（1943年），興安南省改稱興安南地區，隸屬于興安總省。
民國三十四年（1945年）10月，科爾沁左翼中旗、科爾沁左翼前旗、科爾沁左翼后旗成立三旗聯合辦事處。
中國共產黨遼北省委指派遼源專署接管通遼縣。
12月，科爾沁左翼三旗隸屬于興安南地區。
民國三十五年（1946年）1月，通遼、開魯歸遼西省管轄。
4月，撤銷興安南地區，成立哲里木省。
6月，哲里木省改稱哲里木盟，由遼吉省代管。
1947年5月，扎魯特旗劃入哲里木盟。
民國三十六年（1947年）6月，遼吉省改為遼北省，哲里木盟隸屬于遼北省。
民國三十七年（1948年）9月，奈曼旗和庫倫旗劃歸哲里木盟。
此時，哲里木盟管轄通遼縣、開魯縣、科爾沁左翼中旗、科爾沁左翼后旗、科爾沁左翼前旗、扎魯特旗、奈曼旗、庫倫旗。
民國三十八年（1949年）3月，科爾沁左翼前旗建制撤銷，所轄地區劃入科爾沁左翼后旗、庫倫旗、彰武縣。
4月，哲里木盟劃歸內蒙古自治區。
1951年7月，析通遼縣城關區設通遼市，為盟政府所在地。
1953年3月，哲里木盟建制撤銷，所屬各旗縣市歸內蒙古東部區行政公署管轄。
1954年4月，內蒙古東部區行政公署撤銷，哲里木盟建制恢復，管轄范圍與撤銷前相同。
1958年10月，通遼縣建制撤銷，并入通遼市。
1964年12月，通遼縣建制恢復，與原通遼市分開。
1965年10月，科爾沁右翼中旗由呼倫貝爾盟劃歸哲里木盟。
1969年7月，哲里木盟劃歸吉林省。
1979年7月，哲里木盟復歸內蒙古自治區。
1980年7月，科爾沁右翼中旗劃歸興安盟。
1985年11月，霍林郭勒市成立。
1986年7月，通遼縣建制撤銷，并入通遼市。
1999年1月13日，國務院國批準撤銷哲里木盟設立地級通遼市、撤銷縣級通遼市，設立通遼市科爾沁區。