新中国成立前,属于都兰县辖区。1959年1月,海西蒙、藏、哈萨克族自治州迁驻大柴旦,设立大柴旦市,成为自治州首府。1963年8月,柴达木工作委员会并入海西蒙古族藏族哈萨克族自治州。1964年7月,撤销大柴旦市,设立大柴旦镇,隶属海西蒙古族藏族哈萨克族自治州。1992年1月27日,设立县级大柴旦行政委员会,为州人民政府的派出机关。1993年3月,保留大柴旦镇。2005年11月21日,撤销大柴旦行委鱼卡乡,并入大柴旦镇,并更名为柴旦镇。