张北县有着4000年的历史。古代北方游牧民族留下活动的足迹，古称“天闲刍牧之场”。

商周时，张北县在内的中国北方辽阔地区活动着一个游牧部落，时人称之“鬼方”。

春秋时，张北县属无终国。无终为山戎族，周初归附周，后被晋国大夫中行穆子击败，终为晋灭。

春秋后期，本县为东北东胡游牧部落势力范围。公元前279年，燕袭破东胡，逼迫其退却千余里，本县隶上谷郡地。到战国后期已入据秦、赵、燕三国境北。 汉初，高帝刘邦北征失败，只好跟匈奴和亲，划分疆界，自此本县改属匈奴，后又复归汉，为乌桓居地。

直到北魏初，为拱卫首都平城（今大同），在北部沿边设六个军事据点，以防柔然族，称六镇。张北县置怀荒镇（520年）。六镇暴动失败后，北魏政权土崩瓦解，分裂成东、西二魏，不久被北齐、北周取代。唐贞观四年归唐，约五十年后又转归契丹。

辽、金、元三代民物熙阜。辽属西京道归化州，称燕子城或燕赐城。金设柔远镇。后设柔远县，复设抚州，俱治今张北，本县大部分该州县地。元为“腹里”之地，置隆兴路高原县，1307年，元武宗海山建中都于张北境内的旺兀察都（白城子），同大都（北京）、上都（开平，今正蓝旗）并称，成立皇室往返于大都、上都之间的巡都。皇庆元年（1312年），改隆兴路为兴和路。至正十八年（1358年），起义军刘福通部将关先生、破头潘出师山西，克大同、兴和塞外诸郡，一把火烧了元中都。

明为边徼。明洪武三年（1370年）置兴和府，四年后为元据，府废。七年，明将蓝玉再拔兴和，自此本县入明版图。洪武三十年（1397年）置兴和守御千户所，永乐二十年（1422年），被蒙古攻破，后迁至宣化，本县遂为鞑靼势力范围。

明、清之际移民实边，域地历史性开发巨变。清顺治时，本县属官牧地及官荒地。康熙十四年（1675年），本县大部分属察哈尔镶黄旗游牧地。雍正二年（1724年），设张家口理事同知厅，渐次垦辟。

民初（1913年）改厅设县，疆域播迁，区划应弯，号称坝上首县，因地处张家口以北而得名“张北”。

1935年12月底，日伪入侵，翌年1月蒙政会设察哈尔盟（治今张北），本县属之。

1945年抗战胜利后，中共建立张北县政府接管本县，隶晋察冀边区察哈尔省第七专区，下设一市（即张北市）九区。

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46年10月，国民党傅作义部攻占张北。中国共产党领导的武装力量组建张（北）宝（昌）联合县，6月联合县分，成立张北县政府。

1948年12月15日，张北县第二次获得解放。

中华人民共和国成立后沿旧制。

1952年11月15日隶河北省张家口专区。

1959年5月张家口专区，张家口市合并称张家口市，张北县属之。

1961年5月复置张家口专区，县隶张家口专区。

1970年改张家口专区为张家口地区，县属之。

1993年6月底，张家口地区撤销，并于张家口市，县隶属张家口市。2005年1月30日，河北省人民政府为加快县域经济发展，推进城市化进程，确定张北县为第一批扩大管理权限的县（市），仍隶属张家口市。