金天會八年（1130），在出河店（今茂興鎮南“昂喇勒”古城）設置肇州。

元屬遼陽行省開元路，隸屬肇州屯田萬戶府管轄。

明屬奴兒干都司，后為郭爾羅斯部游牧地。

清初，清順治五年（1648），設郭爾羅斯后旗，隸屬哲里木盟。

清光緒三十年（1904），設立北郭爾羅斯荒務行局，辦理荒務。

清光緒三十二年（1906），設置肇州廳，駐“駱駝脖子”（今肇源鎮）。

1934年8月，肇州縣城（今肇源鎮）被洪水沖毀，偽肇州縣公署遷駐老城基（今肇州鎮）。

同年12月，郭爾羅斯后旗改隸濱江省。

1935年8月27日，偽郭爾羅斯后旗公署由老爺屯（今肇東市四站鎮東興村）遷至肇源（即肇州舊縣城，今肇源鎮）。

同年9月，將肇東縣第三區的大部分地區劃歸郭爾羅斯后旗管轄。

1945年“九三”抗日戰爭勝利后，初隸哈西專區，1946年3月劃歸吉江行政區。

同年4月，將八里、四興（今四站鎮）、向陽、三星、同仁村劃歸新設置的樂安縣管轄；6月劃歸嫩江省管轄。

1947年2月至9月，由黑嫩聯合省第四專區管轄。

黑嫩聯合省分開后，仍歸嫩江省管轄。

1949年5月，黑嫩兩省合并后，歸黑龍江省直轄。

1956年4月11日，國務院批準，撤銷郭爾羅斯后旗，改設肇源縣，縣政府駐肇源鎮。

1958年8月，劃歸松花江專區管轄。

1965年6月，由綏化專區管轄。

1992年8月21日，國務院批準，劃歸大慶市領導。