通辽市的前身哲里木盟建置始于清初，其地域北由索岳尔济山以南的洮尔河、嫩江流域起，南至乌哈那德山的东西辽河流域和养息牧河，西起乌哈那山，东至松花江、伊敦河。
春秋战国时代（约前771年至前476年），这里居住着东胡、室韦等游牧部落。
战国时期，通辽燕长城以南归燕国的辽东郡和辽西郡管辖。
秦代，东、西辽河一带隶属于辽东郡和辽西郡，嫩江流域仍由东胡人驻牧。
西汉时期，游牧于嫩江流域和东、西辽河流域的主要是东胡人的后裔鲜卑人和乌桓人，东、西辽河以南部分地区归玄菟郡、辽东郡、辽西郡管辖。
东汉时期，嫩江流域隶属于夫余，燕长城以南隶属于东汉的辽东郡、辽西郡。三国时期，鲜卑人大规模内迁，东、西辽河流域隶属于东部鲜卑的慕容部。
西晋时期，嫩江流域为夫余国属地。东晋十六国时期，燕王慕容的势力达东、西辽河流域。北部隶属于契丹，北燕在北部设置归善王。
南北朝至隋唐时期，北部隶属于契丹，南部隶属于室韦。
唐代，在契丹地设饶乐都督府，后设松漠都督府；在室韦地设室韦都督府。唐末，嫩江流域部分地区归渤海夫余府管辖。辽代，嫩江流域和东、西辽河流域归上京道和东京道管辖。
金代，嫩江流域和东、西辽河流域归上京路临潢府及东北路招讨司、咸平路咸平府管辖。
元代，嫩江流域和东、西辽河流域归辽阳行省开元路、中书省泰宁路和宁昌路管辖。
明代，嫩江流域和东、西辽河流域隶属于兀良哈三卫（即朵颜卫、夫余卫、泰宁卫），归大宁都司管辖。明成祖时，成吉思汗胞弟哈布图哈撒尔后裔奎蒙克塔斯哈喇部游牧于嫩江流域，称嫩科尔沁，并很快控制兀良哈三卫之地。
后金天命十一年（1626年），奎蒙克塔斯哈喇后裔奥巴率科尔沁部归附后金。
清崇德元年（1636年），在科尔沁部设科尔沁右翼中旗、科尔沁右翼前旗、科尔沁右翼后旗、科尔沁左翼中旗、科尔沁左翼前旗，在郭尔罗斯部设郭尔罗斯旗。顺治五年（1648年），在扎赉特部设扎赉特旗，在杜尔伯特部设杜尔伯特旗，析郭尔罗斯旗为郭尔罗斯前旗、郭尔罗斯后旗。顺治七年（1650年），在科尔沁部设科尔沁左翼后旗。至此，哲里木盟共辖10旗。科尔沁6个旗受盛京（奉天）将军监督与节制，郭尔罗斯前旗受吉林将军监督与节制，郭尔罗斯后旗、扎赉特旗、杜尔伯特旗受黑龙江将军监督与节制。清朝后期，蒙地放垦，并实行划界分治。嘉庆五年（1800年），在郭尔罗斯前旗长春堡设长春厅（1825年移驻宽城子）。道光元年（1821年），改设分防照磨。光绪十五年（1889年），厅升府。1913年府改县。嘉庆八年（1803年），在科尔沁左翼中旗招垦设梨树城（俗称买卖街）。光绪四年（1878年），改设奉化县治。1914年改为梨树县。嘉庆七年（1802年），在科尔沁左翼后旗常突额勒克招垦。嘉庆十一年（1806年），设昌图理事通判厅。同治二年（1863年）改为边海抚民同知。光绪二年（1876年），升为昌图府。道光元年（1821年），科尔沁左翼中旗招垦于八家镇。同治五年（1866年），八家镇归边海抚民同知。光绪三年（1877年），改设怀德县。道光七年（1827年），在郭尔罗斯前旗设龙湾乡。光绪八年（1882年），在龙湾乡设农安分防照磨。光绪十五年（1889年），改设农安县。咸丰元年（1851年），科尔沁左翼中旗放荒于郑家屯。光绪六年（1880年），设郑家屯主簿。光绪二十八年（1902年），在郑家屯设辽源州。光绪六年（1880年），在科尔沁左翼前旗康家屯放荒。光绪二十四年（1898年），在科尔沁左翼中旗周边村设四平站，隶属于昌图府。光绪二十八年（1902年），在科尔沁左翼前旗及土默特左旗交界处的横道子设彰武县。光绪三十年（1904年），在扎赉特旗莫勒红岗子设大赉厅。光绪三十年（1904年），在科尔沁右翼前旗双流镇设洮南府。光绪三十年（1904年），在科尔沁右翼前旗洮儿河北的白城子设靖安县，在七井子设开通县。光绪三十一年（1905年），在科尔沁右翼后旗洮儿河南的钱家窝堡设安广县。光绪三十二年（1906年），在郭尔罗斯后旗设肇州直隶厅，后改为肇州县；将郭尔罗斯前旗沐德、怀德二乡划出，设德惠县；在杜尔伯特旗设安达厅，后改设安达县；在杜尔伯特旗东集镇设林甸县；在科尔沁右翼中旗设醴泉镇，宣统元年（1909年），改为醴泉县，后改为突泉县。光绪三十三年（1907年），在郭尔罗斯前旗设长岭县。光绪三十四年（1908年），在科尔沁右翼后旗查干淖尔设镇东设治局，宣统二年（1910年），改设镇东县。