金天会八年（1130），在出河店（今茂兴镇南“昂喇勒”古城）设置肇州。
元属辽阳行省开元路，隶属肇州屯田万户府管辖。
明属奴儿干都司，后为郭尔罗斯部游牧地。
清初，清顺治五年（1648），设郭尔罗斯后旗，隶属哲里木盟。
清光绪三十年（1904），设立北郭尔罗斯荒务行局，办理荒务。
清光绪三十二年（1906），设置肇州厅，驻“骆驼脖子”（今肇源镇）。
1934年8月，肇州县城（今肇源镇）被洪水冲毁，伪肇州县公署迁驻老城基（今肇州镇）。
同年12月，郭尔罗斯后旗改隶滨江省。
1935年8月27日，伪郭尔罗斯后旗公署由老爷屯（今肇东市四站镇东兴村）迁至肇源（即肇州旧县城，今肇源镇）。
同年9月，将肇东县第三区的大部分地区划归郭尔罗斯后旗管辖。
1945年“九三”抗日战争胜利后，初隶哈西专区，1946年3月划归吉江行政区。
同年4月，将八里、四兴（今四站镇）、向阳、三星、同仁村划归新设置的乐安县管辖；6月划归嫩江省管辖。
1947年2月至9月，由黑嫩联合省第四专区管辖。
黑嫩联合省分开后，仍归嫩江省管辖。
1949年5月，黑嫩两省合并后，归黑龙江省直辖。
1956年4月11日，国务院批准，撤销郭尔罗斯后旗，改设肇源县，县政府驻肇源镇。
1958年8月，划归松花江专区管辖。
1965年6月，由绥化专区管辖。
1992年8月21日，国务院批准，划归大庆市领导。