乌兰察布盟的历史沿革可以追溯到战国时期,当时大部分地区属于赵国和匈奴的领地。秦朝时期,这里设立了云中郡、代郡和雁门郡。秦朝灭亡后,匈奴占据了这片土地,并在西汉时在今天的四子王旗境内建立了中部单于庭。到了北魏时期,乌兰察布的大部分地区被拓跋鲜卑所据有。在隋唐时期,该地区先后由突厥和隋唐交替管辖。宋、元、明、清各代,这里都有北方少数民族如契丹、女真和蒙古等繁衍生息。
元代,今集宁区建立了集宁路,这也是集宁名称的由来。乌兰察布盟的形成是在清朝康熙年间,由先后归附清廷的蒙古四部六旗首次会盟于四子王旗境内,因地名而得名乌兰察布盟,距今已有三百多年的历史。康熙十四年,察哈尔部右翼四旗进入今乌兰察布东部地区。民国时期,乌兰察布盟先后属绥远特别行政区和绥远省管辖。1949年,随着绥远省和平解放,今乌兰察布区域全部得到解放。1950年,乌兰察布盟驻地设在乌兰花,后迁至包头市,1951年又迁至固阳县城关镇。1954年,乌兰察布盟划归内蒙古自治区管辖。
2003年,经国务院批准,乌兰察布盟正式撤盟设市。