Лысогорский район образован 23 июля 1928 года в составе Саратовского округа Нижне-Волжского края. В него вошла территория бывшей Лысогорской волости Аткарского уезда Саратовской губернии.
С 1934 года район в составе Саратовского края, с 1936 года — в Саратовской области.
30 сентября 1958 года к Лысогорскому району была присоединена часть территории упразднённого Дурасовского района.
19 мая 1960 года в состав района включена часть территории упразднённого Широко-Карамышского района.
В 1963 году район был упразднён и в 1965 году восстановлен.
