元至顺元年（1330），今盟境置有上都路，治所开平（今正蓝旗“五一”种畜场上都故址）；桓州（治所在今正蓝旗），辖区相当今正蓝旗、多伦县、苏尼特右旗、苏尼特左旗、阿巴嘎旗大部区域，隶属上都路；宝昌州（治所在今太仆寺旗贡宝拉嘎苏木），辖区相当今镶黄旗、正镶白旗和太仆寺旗等区域，隶兴和路。今盟境锡林浩特市、西乌珠穆沁旗等区域，属应昌路应昌府管辖；今苏尼特左旗、阿巴嘎旗北部区域属岭北行省和宁路东南边辖区；今东乌珠穆沁旗区域为济南王部（合赤温后王）封地。

清崇德六年（1641），清朝将在锡林郭勒河一带的苏尼特、阿巴嘎、阿巴嘎纳尔、浩济特、乌珠穆沁五部，先后分编为左右两翼10旗，各旗均设札萨克（世袭），掌理本旗事务。各旗札萨克会盟于锡林郭勒河北岸的“楚古拉干敖包”岗上，故称锡林郭勒盟。并由会盟10个旗的札萨克推选出盟长，主持会盟。清康熙十四年（1675），清朝将察哈部众从义州（今辽宁省义县地区）迁徙到大同、宣化边外地，按满洲八旗制度，分编为察哈尔左右两翼八旗。察哈尔左翼四旗为镶黄旗、正白旗、镶白旗、正蓝旗，即今盟境南部地区（察哈尔右翼正黄、正红、镶红、镶蓝四旗，今属乌兰察布市）。察哈尔八旗是“官不能世袭，事不得自专”的内属蒙古总管旗。察哈尔八旗初由在京蒙古都统兼辖。清康熙二十六年（1687），设察哈尔都统管辖察哈尔游牧八旗。