В 1687 году верхотурскими боярами Фѐдором и Иваном Томиловыми основана Белоярская Слобода.
В 1695 году в слободе был построен острог. Белоярская слобода объединила 20 деревень и до 1700 года входила в Верхотурский уезд, с 1701 по 1725 годы — в Тобольский, а затем в Екатеринбургский уезды Пермской губернии (с в 1919 года — Екатеринбургской губернии).
До февраля 1918 года существовала Белоярская волость, которая 18 февраля 1918 года была распущена и создан Белоярский волостной совет. В 1924 году в связи с организацией районов Екатеринбургского, а затем Свердловского округа был образован Белоярский район, просуществовавший до марта 1927 года. С 1927 года район переименован в Баженовский по железнодорожной станции Баженово и просуществовал с этим названием до 1933 года. В соответствии с постановлением ВЦИК от 20 сентября 1933 года Баженовский район упразднен. Его территория подчинена Свердловскому горсовету в составе Третьего Октябрьского района города Свердловска. На основании постановления ВЦИК от 26 мая 1937 года и постановление Президиума Свердловского облисполкома от 10 августа 1937 года был вновь образован Белоярский район. В состав района входило 19 сельских Советов, объединяющих 36 населѐнных пунктов. На территории района, в момент его образования, находились 34 колхоза, 1 совхоз, 2 машинно-тракторные станции, 32 школы, в т.ч. 1 средняя, 8 неполных средних, 23 начальных. Промышленность представляли 3 фабрики: Камышевская сапого-валяльная фабрика им. Малышева, Черноусовская шпагатная фабрика им. Ногина, асбокартонная фабрика им. Коминтерна, лесохимзавод, несколько промыслово-кооперативных артелей.
В 1948 году территория Соколовского сельсовета из Белоярского района передана в состав Покровского района Свердловской области (Указ ПВС РСФСР от 02.03.1948 г.). В 1950—1954 годах в районе были ликвидированы сельсоветы: Логиновский, Чернобровский. Колюткинский, Златогоровский — их территории переданы Большебрусянскому сельсовету; территории Кочневского сельсовета вошла в состав Хромцовского сельсовета; Измоденовского — в Бруснятский сельсовет, Гагарского — в Мезенский сельсовет (Указ ПВС РСФСР от 18.07.1954 г.).
В 1954 году на территории Белоярского района начато строительство атомной электростанции. В 1957 году посѐлок строителей Белоярской ГРЭС был отнесен к категории рабочих поселков и ему было присвоено название – Заречный. В 1957 году в состав Белоярского района вошли территории Косулинского сельского Совета и Верхнедубровского поселкового Совета, ранее относившиеся к Сысертскому району.
В 1959 году село Белоярское отнесено к категории рабочих поселков.
В 1992 году в связи с присвоением районному поселку Заречный статуса города областного подчинения из состава Белоярского района выделились территории Зареченского поссовета и Мезенского сельсовета (Указ ПВС РФ от 07.09.1992 г.). В соответствии с Указом Президента РФ от 26.10.1993 года № 1760 «О реформе местного самоуправления в Российской Федерации» Белоярский район перешѐл на местное самоуправление. В 1994 году в соответствии с временным Положением о местном самоуправлении в Свердловской области территория рабочего поселка Верхнее Дуброво выделилась в местное сообщество «рабочих поселков Верхнее Дуброво» и вышла из состава муниципального образования «Белоярский район» (новые границы которого были подтверждены 17 декабря 1995 года на местном референдуме). В соответствии с Законом Свердловской области от 12 октября 2004 года № 90-ОЗ «Об установлении границ муниципального образования Белоярский район и наделении его статусом городского округа» муниципальное образование Белоярский район с 31.12.2004 года наделено статусом городского округа. Согласно Уставу муниципального образования, принятому решением Белоярской районной Думы № 31 от 27.06.2005 года, был образован Белоярский городской округ. В рамках административно-территориального устройства области, административно-территориальная единица Белоярский район продолжает существовать.
