旧石器时代今乌兰巴托地区就有人类居住，曾在博格达山附近挖掘出人类猎杀的动物骨骼遗留，土拉河沿岸还挖掘出匈奴时代的墓葬。[8]
乌兰巴托始建于清朝崇德四年（1639年），原为蒙古喀尔喀部最大的活佛哲布尊丹巴呼图克图驻锡地，时称“敖尔告”（Өргөө，宫殿、宫邸之意），但当时的敖尔告是移动场所，位置并不固定，在草原上游牧。[8]
乾隆四十三年（1778年），皇帝降旨哲布尊丹巴在北京到恰克图商路上的驻地设立城防，取名库伦，意为栅栏围起来的草场。在清代中期后库伦属于乌里雅苏台库伦办事大臣辖区，为土谢图汗部中旗驻地。库伦逐渐成为漠北地区最大的城市和商业宗教中心，在东西部还有东库伦和西库伦为卫星城。1906年改称大库伦（Их Хүрээ），是喀尔喀喇嘛教的中心和王公贵族居住的地方，沙皇俄国等国还在此设立了领事馆和侨民区域。[8]
1911年末，八世哲布尊丹巴博克多格根宣布博克多汗国（外蒙古）“独立”，自立为“皇帝”，又改称“京都库伦”（Нийслэл Хүрээ），这时的库伦人口已经达到6万人左右。[8]
1921年蒙古革命成功后，蒙古人民党建立君主立宪制政府，定库伦为首都。[8]
1924年，苏联和人民党推翻了蒙古王公和活佛的统治，建立了蒙古人民共和国。蒙古第一届大人民呼拉尔决定将“库伦”改名为“乌兰巴托”（Улаанбаатархот，意为“红色英雄城”，当时译为“赤勇城”），并以其为首都。第二次世界大战之后，大部分老的蒙古包区在苏联的资助下被替换苏联样式的街区，20世纪50年代后开始城市规划和大规模的城市建设，1956年修通蒙古纵贯铁路联通北京和莫斯科。[8]
1992年蒙古人民共和国改称蒙古国，宪法规定乌兰巴托为蒙古国首都，沿用“乌兰巴托”，其他地区人口大量涌入乌兰巴托。2009年到2010年，乌兰巴托平均房价涨了45%。当地家庭人均月收入约190美元，但普通新房售价约每平方米1000美元，地段好的甚至高达3000至5000美元。现与中国呼和浩特、台北、天津和俄罗斯莫斯科、乌兰乌德和韩国首尔等城市有友好城市关系。[1] [8]