周秦時為羌人駐牧地。
漢元始四年（4），置西海郡。
4世紀初成為吐谷渾屬地。
隋大業五年（609），隋軍擊敗吐谷渾，置四郡。
隋末吐谷渾復據故地。
唐貞觀九年（635），唐將率兵擊敗吐谷渾，成為唐朝藩屬。
龍朔三年（663），吐蕃王國滅吐谷渾據有其地，隸吐蕃臘城節度使。
北宋初為吐蕃唃廝啰政權管轄。
元憲宗三年（1253），屬吐蕃等處宣尉使司都元帥府管轄。
明正德五年（1510），東蒙古諸部落開始入據青海，為東蒙古部落駐牧地。
清雍正三年（1725），將青海蒙古各部劃為左右兩翼盟29旗，統歸青海辦事大臣管轄。
1915年，由甘邊寧海鎮守使管轄。
1919年，改設都蘭理事公署，今烏蘭縣歸其管轄。
1930年，都蘭理事公署改為都蘭縣。
1949年11月，成立都蘭縣人民政府。
1950年，今烏蘭縣改為都蘭縣一區。
1959年，設立烏蘭縣，成立烏蘭縣人民委員會，縣人委設于茶卡。
1962年，德令哈縣并入烏蘭縣。
1967年，成立烏蘭縣革命委員會。
1980年，改為烏蘭縣人民政府。
1988年，將烏蘭縣西部的1區5鄉析出設立德令哈市，烏蘭縣隸屬于海西蒙古族藏族自治州。
2000年，烏蘭縣轄3鎮3鄉。
2001年底，烏蘭縣轄3個鎮2個鄉（希里溝鎮、柯柯鎮、希里溝鎮、賽什克鄉、銅普鄉）。
2005年，撤銷賽什克鄉和銅普鄉，設立銅普鎮。