Богата и славна история Кантемировского края. Одними из первых эти земли населили племена так называемой «срубной» культуры. Их следы хранят многочисленные археологические памятники, городища, курганные группы. Край степных рек и жирных черноземов был благодатен для скотоводства, охоты и рыболовства. Тысячелетия территория постоянно подвергалась набегам сарматов и скифов, половцев и других воинственных племен. 

В первой половине XVIII века территория современного Кантемировского района входила в Богучарскую сотню слободского Острогожского полка – одного из пяти военно-административных формирований на юге России. Помимо казаков значительную часть населения территории составляли украинские крестьяне - «вольные черкасы». По судебным и уголовным делам слободское население подчинялось властям соседней Белгородской губернии. В 1734 году занимавшийся новым устройством слободских полков генерал-майор А. И. Тараканов основал слободу Алексеевку (Таракановку) на речке Федоровке в Богучарской сотне. Это было первое поселение, расположенное на месте современной Кантемировки. В январе 1737 года по указу императрицы Анны Иоанновны слободу разорили, как поселённую на самовольно захваченной земле.
Вновь территория современного Кантемировского района начала застраиваться в 1742 году. История возникновения административного центра района связана с известным молдавским княжеским родом Кантемиров.  Петром I было пожаловано имение. Именно он в 1742 году основал на Воронежских землях слободу, за которой долгое время оставалось двойное название Константиновка–Кантемировка. Самым известным представителем княжеской семьи является русский поэт Антиох Кантемир, который считается основоположником такого вида литературы, как сатира.

Во время генерального межевания земель 1774 года в Константиновке-Кантемировке насчитывалось 250 дворов с населением 2,4 тыс. человек. Слобода лежала на большой дороге из Калитвы в Беловодск. Зажиточные войсковые обыватели занимались скотоводством, торговлей, винокурением, перевозкой на волах казённой соли. Основным занятием населения было земледелие. В 1870 году в слободе появился фельдшерский пункт.

В ноябре 1871 года через Кантемировку была проложена железная дорога Воронеж-Ростов. По окончании её строительства многие рабочие остались на постоянное жительство в слободе. Железнодорожная ветка заметно содействовала промышленному развитию Кантемировки, Митрофановки, Журавки и застройке населенных пунктов вдоль железнодорожной ветки и вдоль реки.
В 1894 году здесь был введен в строй элеватор общей ёмкостью в 3300 пудов, а в 1895 г. построен склад сельскохозяйственных орудий и машин.
В 1880 году в рождественские праздники было произведено разделение на слободу Константиновку и город Кантемировку. Городом правил атаман, слободой – волостное правление.
Перед Первой мировой войной в Кантемировке проживало более 9 тысяч человек.

Кантемировцы были богобоязненны, регулярно посещали церковь. В отчетных ведомостях за 1911 год записано, что на территории района, относившейся к Богучарскому уезду, было 22 храма, в которых служило 27 священников. До наших дней сохранился большой храм Живоначальной Троицы 1863 года постройки, расположенный в центре Кантемировки. Строение является историческим памятником архитектуры, его архитектура близка постройкам знаменитого архитектора К. Тона. Восстановлен храм Успения Пресвятой Богородицы в селе Зайцевка, основанный в 1812 году.

В 1906 году в слободе построена стационарная земская больница, обслуживающая всю округу и соседние волости.
За 1910-1914 годы в Константиновской волости произошло 12 выступлений крестьян. Советская власть в Кантемировке начала устанавливаться с декабря 1917 года. Ее осуществлял Кантемировский железнодорожный ревком.
В 1925 г. начала работу школа крестьянской молодежи в составе 40 учеников. К 1929 г. около 90% крестьянских хозяйств были обобществлены. Создаются колхозы. В этом же году организована Кантемировская МТС. В 1934 году организована РКШ – районная колхозная школа.

В 1920-м Константиновская волость была переименована в Кантемировскую волость Россошанского округа Богучарского уезда Воронежской области. 4 января 1926 года слободе Константиновка-Кантемировка присвоено название «Кантемировка». Как административно-территориальная единица, Кантемировский район был образован в 1928 году. При разделе Центрально–Черноземной области на Воронежскую и Курскую в 1934 году Кантемировский район с центром в селе Кантемировка вошёл в состав Воронежской области.

10 июля 1942 года фашисты оккупировали Кантемировку, которая была важной базой снабжения немецко-итальянских войск. За шесть месяцев оккупации экономике района был нанесён ущерб на сумму около 200 миллионов рублей. На территории райцентра находилось три концентрационных лагеря. 19 декабря 1942 года освобождение Кантемировки явилось одним из этапов в ходе проведения наступательной операции «Малый Сатурн» на среднем Дону. Отличившийся в боях 17-ый танковый корпус генерала П. П. Полубоярова получил в память об этих событиях почетное наименование – Кантемировский (с 3 января 1943 был преобразован в 4-й гвардейский, и с июня 1945 – переформированный в дивизию).

Около четырех тысяч километров он прошел по дорогам войны. Постоянным местом дислокации дивизии является город Наро-Фоминск Московской области. Кантемировский муниципальный район и Кантемировскую танковую дивизию связывает многолетняя дружба. Доброй традицией стал обмен поздравительными письмами и телеграммами, направление юношей на военную службу в образцовое танковое соединение, визиты официальных делегаций на Дни освобождения Кантемировки и Дни образования соединения. 

Многочисленные памятные места (Братская могила, стела «Населённый пункт воинской доблести», музей военной техники под открытым небом) напоминают об испытаниях войны, свидетельствуют о величии подвига около десяти тысяч жителей Кантемировского района, которые с оружием в руках защищали Родину от немецко-фашистских захватчиков.

Послевоенная Кантемировка и район в целом быстрыми темпами отстраивались практически заново.

С 1954 по 1957 годы территория района входила в состав просуществовавшей в течение трёх лет Каменской области (центр – город Каменск-Шахтинский), а затем вновь была передана в состав Воронежской области. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 3 марта 1964 года был вновь образован Кантемировский сельский район практически в нынешних границах.

В 2018 году муниципалитет отпраздновал 90­-летие своего основания.  

О районе:

Кантемировский район был образован в 1928 году. В 1954 году была образована Каменская область и территория Кантемировского района вошла в неё. 2 ноября 1957 года был упразднён Писаревский район и его территория вошла в Кантемировский район. 11 ноября 1957 года была упразднена Каменская область и Кантемировский район был предан в состав Воронежской области. Решением Воронежского Облисполкома от 7 февраля 1963 года упразднён Кантемировский и Михайловский районы в связи с укреплением районов. Указом Президиума Верховного Совета СССР от 3 марта 1964 года был вновь образован Кантемировский сельский район.