До японской оккупации
Территория Углегорского района особо не развивалась в период освоения русскими острова Сахалин. Тем не менее, именно в то время было заложено начало добычи каменного угля, который со временем прославил эту территорию. Еще в 1857 году у реки Сортунай, которая в наши дни носит название Гончаровка, лейтенант Рудановский нашел открытое угольное месторождение и назвал его Путятинскими угольными копями — в честь адмирала и дипломата Путятина, который в 1855 году подписал Симодский мирный договор между Россией и Японией.
Спустя три года, в 1860 году, к разработке каменного угля приступил николаевский купец Буоров. Он растянул пласты добычи на шесть верст от реки Нояси (Лесогорка) до Сортуная. Работа проходила не без трудностей: отсутствовала постоянная рабочая сила, не было опытных инженеров и современного оборудования, а также удобной стоянки для судов, которые принимали уголь. Тем не менее, это не стало причиной для отмены освоения месторождения — работы продолжались. Спустя некоторое время к добыче угля на острове Сахалин присоединился американский капитал. А в 1870 году было принято решение организовать Сортунайский военный пост охраны, состоящий из офицера и шести солдат — это предотвратило притязания иностранцев на территорию.
После 1905 года
Итоги русско-японской войны, продлившейся с 1904 по 1905 год, стали причиной отхода территории Углегорского района во владение японцам. И в эти времена территория пережила быстрое заселение и экономическое развитие. Японский народ успел построить более пяти населенных пунктов, среди которых Эсуторо (современный Углегорск) и Торо (Шахтерск), а также поселки Китакодзава (Тельновское), Тайхэй (Ударное) и Камиэсутору (Краснополье). В числе промышленных объектов русским достался недостроенный механизированный порт в Эсуторо и обычный порт в Торо, шесть угольных шахт общей производительностью до трех миллионов тонн угля в год, целлюлозно-бумажный завод, который производил более пяти десятков тысяч тонн бумажных изделий в год, два рыбозавода, лесокомбинат и многочисленные заводы, и фабрики пищевой и легкой промышленности. Сельским хозяйством в районе занимались десять тысяч человек.
Ближе к современности
Образовался Углегорский район 5 июня 1946 года, тогда его внесли в состав Южно-Сахалинской области Хабаровского края. Нетрудно догадаться, почему район был назван именно так — каменный уголь, разрабатываемый на территории района, давал на тот момент более половины добываемого твердого топлива на Сахалине.
С 1957 года в районе выполняют гражданские пассажирские перевозки через аэропорт Шахтерск, названный в честь одноименного поселка. Создан он был еще в 40-х годах японскими оккупантами в качестве военного аэродрома. В советское время через аэропорт выполнялось до трех рейсов в день в Хабаровск, двух — в Южно-Сахалинск, одного — в Зональное.
В 1992 году регулярные полеты прекратились, однако аэропорт не был закрыт окончательно, выполняя роль запасного для рейсов в Оху и на Курилы. С 2000 года регулярные полеты возобновились. В разное время аэропорт использовали авиакомпании «Дальавиа», «Дагестанские Авиалинии», «Амурские Авиалинии», «Аврора». Выполнялись также и рейсы во Владивосток и Советскую Гавань.
2 января 1947 года Южно-Сахалинскую область ликвидировали, а ее территорию включили в состав Сахалинской области, которую ранее вывели из состава Хабаровского края. 1 февраля 1963 года в состав района приняли решение включить территорию упраздненного Лесогорского района. 13 мая того же года в состав укрупненного Углегорского сельского района включили ряд территориальных единиц бывшего Томаринского района, Чеховского района, и пригородной зоны города Углегорска. Город Углегорск и подчиненные ему города, поселковые и сельские Советы включили в состав территории укрупненного Углегорского сельского района, однако спустя пару лет его упразднили и вновь создали Углегорский район с центром в городе Углегорск
С 3 июля 2005 года Углегорский район наделен статусом МО «Углегорский муниципальный район».