据专家考证，至少在距今7千年前的新石器时期，雅鲁河、绰尔河流域即已有人类活动。顺治年间，沙俄开始入侵黑龙江北岸广大地区，世代生活在那里的索伦（鄂温克）、达斡尔、鄂伦春等族人民被迫迁居嫩江流域。清政府将嫩江流域的达斡尔人编为3个“扎兰”（也称“甲喇”，满语，汉译为“参领”之意，清代正三品武官职，每个参领下辖5个佐，每个佐300人），将鄂温克人编为5个“阿巴”（鄂温克语，汉语译为“围场、猎场”之意），并派官员进行统辖。扎兰屯境内主要居住着鄂温克人，以狩猎为生。

1949年1月后，布特哈旗为呼伦贝尔盟（简称呼纳盟）辖区。4月11日，根据内蒙古自治区人民政府命令，纳文慕仁盟同大兴安岭西麓的呼伦贝尔盟合并，建立呼伦贝尔纳文慕仁盟（简称呼纳盟），4月23日，恢复建立布特哈旗政府，隶属于呼纳盟。

1950年1月23日，根据内蒙古自治区人民政府命令，布特哈旗所属博克图努图克（区）及所属巴林、雅鲁两嘎查（村）划归喜桂图旗（今牙克石市）。

1953年4月，根据内蒙古自治区人民政府命令，撤销呼纳盟政府，设立内蒙古自治区东部区行政公署。1954年4月内蒙古自治区人民政府决定撤销东部区行政公署，将这一地区的呼纳盟、兴安盟合并为呼伦贝尔盟，布特哈旗隶属于呼伦贝尔盟。

1956年5月9日，全旗行政区划进行重大调整，其中扎兰屯区改为扎兰屯镇，并将镇区划为东、南、西、北、中五个区。

1969年8月1日，布特哈旗随呼伦贝尔盟划归黑龙江省。

1979年7月复归内蒙古自治区。

1983年10月10日，国务院批准，撤销布特哈旗，设立扎兰屯市（县级），翌年1月1日，正式撤旗设市。