Благодаря наличию железных руд и богатых запасов древесины еще в 18 веке на современной территории района возникла группа металлургических заводов.

Поселение возникло при заводе в 1773 году, в честь его владельца первый поселок назывался Осокино, позднее – Омутнинский завод (по названию одноименной реки).

5 января 1921 года Постановлением ВЦИК был выделен Омутнинский уезд с центром в г. Омутнинске, в который вошли 10 волостей Глазовского уезда.

15 июля 1929 года Постановлением президиума ВЦИК образован Омутнинский район Вятского округа Нижегородского края, с 1936 г. — Кировской области.

В 1929 году в районе создан Омутнинский ЛПХ (леспромхоз треста “Нижневятлес”).

В 1929 году начато строительство железной дороги “Яр — Фосфоритная”, в июне 1931 г. пришел первый поезд в г. Омутнинск.

В сентябре 1937 года построена узкоколейная железная дорога, которая связала два завода: Омутнинский и Чернохолуницкий металлургические заводы.

В 1963 году Омутнинский район стал именоваться сельским районом, в его состав вошел и упраздненный Кайский район.

В 1965 году Омутнинский сельский район был реорганизован и созданы два района.

27 декабря 1968 года государственная комиссия приняла в эксплуатацию Омутнинский химический завод, ориентированного на выпуск продукции, получаемой методом микробиологического синтеза, а позже медицинских препаратов и инструментов.