今奈曼旗区域，秦朝为辽西郡北境，属东胡民族游牧之地。西汉为匈奴左贤王辖地，东汉时属乌桓族地。三国魏景元三年（262），属东部鲜卑。东晋十六国至隋朝，基本属契丹。唐开元二十九年（741），属松漠都督府（契丹）辖区内。辽天庆元年（1111）时，置有龙化州（治所在今旗境内），隶属上京道。金代，属北京临潢府路辖区。元至顺元年（1330），属辽阳行省宁昌路辖区内。

明永乐元年（1403），今旗境属京师老哈河卫。明万历十年（1582），属蒙古（时称鞑靼）喀尔喀部所据。清崇德元年（1636），清朝编奈曼部为奈曼旗，其首领被封为多罗达尔汉郡王爵位，授札萨克官职。清顺治元年（1644），旗王府建于巴彦敖包，隶属昭乌达盟。清康熙五十六年（1717），旗王府迁驻呼和格日。清康熙六十一年（1722），旗王府又迁回巴彦敖包。清乾隆三十九年（1774），旗境隶属三座塔厅。清嘉庆十五年（1810），直隶省承德府设置热河道都统后，奈曼旗汉民事务仍归热河道朝阳府治理。清光绪三十四年（1908），在小库伦（今库伦镇）设置绥东县，为三等县，归朝阳府管辖，治理奈曼王旗、库伦喇嘛旗及喀尔喀旗汉人区域。