Das Territorium der Oblast Woronesch wurde seit dem Paläolithikum von Menschen (z. B. Skythen, Petschenegen oder Chasaren) besiedelt. Seit 1240 befand sich das Gebiet im Einflussbereich der Goldenen Horde. Nach dem Zerfall der Horde fiel das Gebiet an einen Splitterstaat der Goldenen Horde, das Krimkhanat, das zusammen mit der Nogaier-Horde weite Teile der Steppe beherrschte und regelmäßige Raubzüge nach Russland unternahm, bei denen viele Sklaven genommen wurden. Nach der allmählichen Zurückdrängung der Krimtataren und der weiteren Konsolidierung des Moskauer Großfürstentums im 16. Jahrhundert wurde das Gebiet Teil des Russischen Zarentums, das hier zunächst Grenzfestungen gegen die Krimtataren errichtete. Von 1708 bis 1725 gehörte das Gebiet zum Gouvernement Asow. 1711 wurde Woronesch Hauptstadt dieses Gouvernements, das 1725 in Gouvernement Woronesch umbenannt wurde. Durch den Bau von Eisenbahnstrecken in den 1860er bis 1870er Jahren hielt in dem Territorium die Industrialisierung einzug. Am 14. Mai 1928 wurde die Region in die neue Zentrale Schwarzerde Oblast eingegliedert. Dieses Gebilde wurde am 13. Juni 1934 aufgelöst und aus einem Teil davon entstand die Oblast Woronesch in ihren jetzigen Grenzen. Im Zweiten Weltkrieg wurde 1942 ein Teil des Gebietes von den Deutschen erobert, die Frontlinie verlief entlang des Flusses Woronesch. Nach heftigen Kämpfen wurde das Gebiet 1943 befreit.