В 1930 район вошёл в состав Охотско-Эвенский национального округа Дальневосточного края. С 1934 в составе Нижне-Амурской области Хабаровского края. 3 декабря 1953 район вошёл в состав вновь образованной Магаданской области.
Один из старейших в Магаданской области (1926). Административный центр - поселок Ола. В связи с введением Особой экономической зоны в Магаданской области издан областной Закон «Об изменении административно-территориального устройства Магаданской области» от 5 июля 1999 г. №80-03, которым Ольский район упразднен как административно-территориальная единица и образованы Ольский и Арманский округа города Магадана.
В 2015 году поселения, входящие в состав Ольского района, были преобразованы в муниципальное образование с административным центром в посёлке Ола и наделены статусом городского округа.
К 1 января 2023 года городской округ преобразован в муниципальный округ
