正蓝旗的行政区域，是由察哈尔左翼正蓝旗（今旗境北部）与太仆寺右旗（今旗境南部）、明安旗（今旗境中西部）的大部区域组成。这一地区，秦朝时绝大部分属匈奴辖地，今旗境南黑城子属上谷郡。西汉时绝大部分为乌桓统辖区，南部黑城子“造阳”属上谷郡、渔阳郡辖区。东汉至西晋时为鲜卑所辖。

东晋十六国时期，代建国元年（338）以后，今旗境属代政权统辖地；前秦建元十八年（382），属前秦（氐族）统辖地；魏登国十年（395），属魏政权统治区。南北朝时期，北魏太和二十一年（497），今旗境属御夷镇镇戍区内；东魏武定四年（546），今旗境为柔然与东魏之间拉锯地区；北齐武平三年（572），今旗境为北齐与突厥之间争夺地区。

隋大业八年（612），今旗境东部属奚族统辖范围；西部属涿郡辖地。唐总章二年（669），今旗境属桑乾都督府管辖；唐开元二十九年（741），今旗境属饶乐都督府管辖；唐元和十五年（820），今旗境属奚与契丹之间拉锯地区。五代时，今旗境属契丹辽统辖。

辽代，今旗境属西京道奉圣州管辖。金天德二年（1150），金朝建桓州城（历史上称新桓州城，在今正蓝旗上都音高勒苏木四郎城嘎查古城遗址），属西京路桓州管辖。西北路招讨司曾移驻桓州城。

蒙古宪宗六年（1256），在今旗境修建一座新城，初名开平。忽必烈“营建城廓宫室于滦水北”（今旗五一种畜场境内双山水库北）。元中统元年（1260），忽必烈在此即蒙古汗位。升开平为府，建为国都，并在此设置中书省管理国家事务。中统四年（1263），忽必烈正式加号开平府为上都，置上都路，设路总管府。元至顺元年（1330）时，置有桓州（治所今旗上都音高勒苏木四郎城嘎查古城遗址），隶属上都路。

明朝初，置有开平卫（治所今旗境五一种畜场，原“开平”故地）；原桓州故址设州驿。明万历年间，属察哈尔部管辖地。清康熙十四年（1675），编为察哈尔左翼正蓝旗，为蒙古八旗之一，隶属直隶口北道。康熙年间设置明安牧群。清乾隆二十六年（1761），正蓝旗和明安牧群均隶属察哈尔都统。

民国元年（1912），沿袭清制。民国3年（1914），正蓝旗和明安牧群等归察哈尔特别区管辖。民国17年（1928），改隶察哈尔省。民国25年（1936）2月，日伪将察哈尔明安牛羊群（原7个牧场）改建为明安旗；将太仆寺右翼牧群改为太仆寺右旗，隶属察哈尔省察哈尔盟。民国26年（1937）秋，察哈尔省沦陷，上述3旗随察哈尔盟划属伪蒙古联盟自治政府（1939年改蒙疆联合自治政府）。民国34年（1945）8月，日本投降，复归察哈尔省管辖。