明嘉靖二十六年（1547年）六月，蒙古武力东移，哈布图哈萨尔的十六世孙布巴什惕那颜驻牧嫩江下游两岸，号所部为“郭尔罗斯”。

清顺治五年（1648年）十二月二日，郭尔罗斯部酋长布木巴被册封为镇国公爵，掌郭尔罗斯后旗扎萨克，此为旗治之始。光绪三十二年（1906年），设肇州厅，治所设在今肇源城。实行蒙汉分治。

民国初，省以下设置沿袭清制，分为道、府、厅、州、县。民国二年（1913年）1月23日，奉大总统令废府、厅、州，存道、县由厅改县后隶属龙江道，肇州县城设今肇源城，名称肇州；同年7月，肇东分防厅晋升为县，旗境东部为肇东县，西部为肇州县，蒙汉三个政权并存，继续实行蒙汉分治。伪满洲国属黑龙江省。民国二十一年（1932年），伪县公署因洪水迁到薄荷窝堡。民国二十三年（1934年），又因洪水迁到“老城基”（今肇州址）；同年12月1日，结束蒙汉分治。民国二十四年（1935年），郭尔罗斯后旗公署由四站老爷屯迁至肇源城，实行旗制。仍用郭尔罗斯后旗名称，隶属滨江省。民国三十四年（1945年）12月20日，民主政府成立。郭尔罗斯后旗隶属嫩江省，省会在齐齐哈尔。隶属哈西专员公署。民国三十六年（1947年）2月7日，黑龙江省和嫩江省合并，称黑嫩省，本旗属第四专区，专署驻肇州县；同年9月17日，撤销黑嫩省，恢复黑龙江省和嫩江省建制，本旗仍属嫩江省。民国三十八年（1949年）5月5日，嫩江省与黑龙江省合并为黑龙江省，本旗隶属之。

1954年8月1日，黑龙江省与松花江省合并为黑龙江省，原署各县旗皆属之。

1956年4月11日，经国务院批准，郭尔罗斯后旗政府奉令改称肇源县。此为“肇源县”之始。

1958年8月27日，肇源县隶属松花江专署。

1965年6月14日，松花江专署改为绥化专署，肇源县随属。

1992年，划大庆市管辖。

截至2023年6月，肇源县辖8个镇、8个乡：肇源镇、三站镇、二站镇、茂兴镇、古龙镇、新站镇、头台镇、古恰镇、福兴乡、薄荷台乡、和平乡、超等蒙古族乡、民意乡、义顺蒙古族乡、浩德蒙古族乡、大兴乡，另辖8个乡级单位：种畜场、新立良种繁育场、立陡山良种场、果树示范场、经济作物示范场、茂兴湖水产养殖场。共有135个行政村。县人民政府驻肇源镇嫩江大街（原政府大街）290号。

肇源县位于黑龙江省西南部，松花江、嫩江左岸，居松嫩平原腹地。地理坐标东经123°47'~125°45'，北纬45°23'~45°59'之间。东邻肇东市，东南接双城区，南与吉林省松原市隔江相望，西与吉林省镇赉县、大安市一水相隔，北同肇州县、杜尔伯特蒙古族自治县毗连。县城肇源镇距省会哈尔滨市175千米。总面积4119.5平方千米。

肇源县地质构造复杂，沉积岩甚厚，前石灰系、侏罗系、白垩系、第三系和第四系总厚度可达6000米。前石灰系为绿泥石长石片岩，厚度117.4米；侏罗系主要是安山石、玄武岩、流纹岩、凝灰岩、砾岩夹薄粉沙等，厚度530.77米；白垩系是松辽平原盆地最发达的沉积岩系，总厚度5000米以上，是重要含油气地层；第三系主要在西部义顺乡一带，是灰绿色、灰黄色、灰色泥质岩和沙岩，厚度20~130米，最厚度达180米；第四系地层形成类型多，主要以冲击物和沉积物为主，厚度124.5米。

肇源县属松嫩平原，沿松嫩两江走向，南北狭窄，东西扁长，略呈羊角状。地势较为平坦，西北部略高，东南部偏低。从地貌上可分为三个单元，一是冲积河漫滩，量条带状分布于沿江地带，高程在125米左右，地势平坦，地面湿润，并分布有较多的季节性治沼和沼泽湿地及小块的残留阶地。二是冰水冲积低平原，以堆积为主，分布于县域的西北部，海拔高程在130~165米，地形微波起伏，漫岗地带较多，盐沼草甸纷杂，并分布有少量的半固定砂丘。三是冰水洪积台地，以剥蚀堆积为主，分布于县域的东北部，高程在140~178米之间，地形呈垄岗和波状起伏，沟谷切割强烈，水土流失比较严重。

肇源县属中温带大陆性季风气候。有四季分明的气候特点：春季多风干旱，夏燥降雨集中，秋短温差明显，冬长严寒少雪。年平均气温为4℃，多年平均降水量为418毫米。年有效积温3118.9℃。无霜期150天。日照时数1423.1小时。

肇源县境内松嫩两江从西南两侧边境流过，松花江流经长度为128.6千米，多年平均径流量为377.7亿立方米；嫩江流经长度为114.26千米，多年平均径流量219.1亿立方米。

肇源县地下水的总贮量为51.11亿立方米，可开采量为2.138亿立方米。松花江地表水可利用量为9.7亿立方米，嫩江地表水可利用量为8.2亿立方米。

肇源县境内野生植物有草类、药类等，草类：羊草、小叶樟、芦苇、三棱草、蒲草等；药类：公英、地丁、车前子、茵陈、艾叶、防风、甘草、玉竹、知母、远志、柴胡、狼毒、水红子、水昌蒲等。

肇源县境内野生动物有兽类、鸟类等，兽类：狐狼、貉、猞猁、香鼠、艾虎、黄鼬、紫貂、野兔、草原黄鼠、山鼠、土拔鼠、刺猬、麝鼠、蝙蝠等。鸟类：苍鹭、草鹭、豆雁、赤麻鸭、绿头鸭、绿翅鸭、锦雉、滨鹬、翡翠、灰蓝翁、大山雀、铁雀、锈眼、麻雀、红麻料等。

截至2020年末，肇源县境内已发现各类矿产资源8种，其中能源矿产3种，包括石油、天然气、地热；非金属矿产4种，包括其他粘土、膨润土、陶瓷土、建筑用砂；水气矿产1种，包括矿泉水。已开发利用非金属及水气等矿产为其他粘土、矿泉水。

根据第七次人口普查数据，截至2020年11月1日零时，肇源县常住人口为330340人。

截至2022年末，肇源县有43万人口。

2020年，肇源县经济增速实现由负转正，GDP实现113.3亿元，同比增长1.2%，一、二、三产业分别实现53.7亿元、17.2亿元和42.4亿元，同比分别增长4.4%、0.7%和-2.2%，三次产业结构比为47.4:15.2:37.4，人均地区生产总值实现26053元，同比增长1.9%。

2023年，肇源县农林牧渔业总产值同比增长2.2%。粮食总产量下降0.9%；生猪存栏下降26%，肉牛存栏增长2%，生猪出栏下降2%，肉牛出栏增长7%；羊、禽存栏分别下降5%和12%，出栏增长6%和1%；水产品产量增长4.8%，渔业产值同比增长6.4%。

2023年，肇源县建成高标准农田7.32万亩。

2023年，肇源县奶牛存栏量达到2.45万头，增长7%；生猪、肉牛、肉羊、家禽发展量分别达到36.1万头、8万头、52万只、552万只，畜牧业总产值42.1亿元、增长2.4%。

2023年，肇源县渔业养殖面积扩增至39万亩，水产品产量超过5.47万吨、产值超过10.01亿元。

2023年，肇源县规模以上工业总产值同比增长16.3%。其中：采掘业产值同比增长46.4%，制造业产值同比增长18.8%，电力燃气热力和水的生产供应业产值同比下降24.6%。

2023年，肇源县建筑业总产值同比增长85.7%。

2023年，肇源县进出口总额同比增长51.1%。

2023年，肇源县社会消费品零售总额同比增长8.7%；限额以上企业社会消费品零售额同比增长17.0%。网上交易额达到5亿元、增长50%。

2023年，肇源县实际利用内资项目个数19个，当年新签约项目9个，实际利用内资同比增长72.3%。

2023年，肇源县共接待游客629万人次，带动旅游收入7.8亿元。

肇源县境内公路、水路、铁路三路畅达。松花江公路大桥已竣工通车，使肇源成为黑龙江省西南部的大通道，与亚欧大陆桥连接，有“黄金水道”之称。大庆肇源新港已经建成通航，由大庆肇源新港经佳木斯、同江，一直到俄罗斯的庙街，驶入达旦海峡，直到日本海，“江海联运”成为现实。以大庆肇源新港、松花江公路大桥、嫩江公路大桥为主的“一港、两桥”三纵五横、村村通的道路交通格局构成完善的交通网络。

2023年，肇源县完成肇源不夜城、肇源印象等9个旅游产业项目，成功举办春季开江节、夏季莲花节、秋季丰收节、冬季冰雪节系列活动，肇源旅游推介片在央视播出。

2023年，肇源县完成12所学校、8所幼儿园维修改造和第三小学运动场项目建设，启动第二中学教学楼新建项目。蒙中加入集团统一管理、教研，推进一中、三中一体化办学，高考成绩实现“十二年连升”，一名学生考入清华大学。坚持职业教育“三区一基地”特色发展模式，全日制中职学历教育规模达到746人，培训各类人才1200余人。

2022年，肇源县举办全民健身大会、全县社区运动会。

2023年，肇源县建成医共体信息系统，实现县域医疗机构数据共享、结果互认、远程会诊，有力改善基层医疗能力和患者就医体验。全县26个定点医院和98个定点药店全部纳入国家异地就医结算平台，实现全国同步实时结算。推进中西医特色诊疗，建成县域共享中药房、代煎中心、中医肿瘤诊疗康复中心，创新开展骨科微创、神经外科介入治疗等学科建设；落实新冠疫情乙类乙管，扩建重症医学科，组建医疗救治专家组和医疗救治梯队。

2023年，肇源县新建助贫项目18个，现有脱贫户和监测户公益性岗位686个，实现脱贫户和监测户就业1206名。发放城乡低保金2924万元、特困供养金3131万元、临时救助金233万元、抚恤优待金2395万元，完成“五险扩面”7895人，新增城镇就业、失业人员再就业5303人。

2023年，肇源县新增农村养老床位200张，完成625位特殊困难老年人家庭适老化改造，安装空巢老人、独居老人家庭守护定位系统100个。

肇源县有着6500多年的文明历史，历史上肇源曾为辽金腹地、元清王公世袭之所，境内已发掘白金宝、小拉哈等古文化遗址134处，出土的猛犸象、披毛犀和王氏水牛等古生物化石在远古生物研究领域具有较高价值。北宋时期的辽国萧太后——萧绰就出生在肇源他什海古城；历史上以少胜多的战役——出河店之战也发生在肇源境内，肇源由此成为完颜阿骨打奠定帝王基业的“肇基王绩”之地。

肇源大米，种植于北纬45度、松嫩两江左岸的肇源县。2019年，经黑龙江国际大米节评委专业评测，肇源大米钙、铁、锌、硒等微量元素均是普通大米的几倍到几十倍，蒸出的米饭清香可口、甜香润滑。2023年6月，“肇源大米”全产业链标准体系信息发布会在北京举行，“地理标志产品肇源大米”地方标准正式公布。

2019年11月，肇源县被列为第二批国家农产品质量安全县。

2020年6月30日，肇源县入选“第二批革命文物保护利用片区分县名单”。

2020年12月，肇源县被评为2020年度中国全面小康百佳示范县市。

2021年，肇源县入选国家农产品质量安全县名单。

2021年5月27日，肇源县被国家体育总局确定为首批全国县域足球典型。

2021年11月，肇源县被水利部办公厅、财政部办公厅择优确定为中央财政支持的“2022年水系连通及水美乡村建设试点县”。

2021年12月22日，肇源县被认定为全国第六批率先基本实现主要农作物生产全程机械化示范县（市、区）。