По своему археологическому богатству и историческому значению с Молчановским вряд ли может соперничать какой-либо другой район нашей области. Здесь обнаружено почти 150 археологических памятников начиная с XIV тысячелетия до нашей эры и кончая XVII веком нашей эры. Это укрепленные городища, селища, стоянки, курганные и грунтовые могильники, отдельные местонахождения и, наконец, исторически известные поселения – юрты.
Именно здесь была открыта одна из самых северных в Западной Сибири Могочинская палеолитическая стоянка охотников на мамонтов. Ее возраст – 16 тысяч лет. А примерно в 10-15 километрах от Могочина, на Игрековском острове, археологи Томского госуниверситета обнаружили своеобразные каменные орудия и глиняную посуду, по аналогии с которыми исследователи теперь выделяют памятники игрековского типа (ХХ-VIII века до нашей эры). А на берегу Оби, на возвышении, называемом "Релкой", был открыт совершенно уникальный могильник раннего средневековья (VI-XIII века). Керамическая посуда, железные и бронзовые изделия, погребальный обряд населения тех веков оказались настолько самобытными и яркими, что позволили выделить особую, Релкинскую, культуру.
Во времена Российской империи территория нынешнего Молчановского района входила в состав Николаевской волости, приписанной к Томску, а поселки сибирских аборигенов объединялись в Щепецкую инородческую волость.
В связи с ростом населения, образования новых переселенческих поселков в 1912 году была образована Молчановская волость Томского уезда Томской губернии. В состав волости входила честь поселков Николаевской и Новоалександровской волостей.
Молчановский район как административно-территориальная единица был образован постановлением Сибревкома от 04 сентября 1924 года. Несколько раз он то расформировывался, а территория присоединялась к Кривошеинскому району, то восстанавливался. Окончательно Молчановский район был образован в нынешних границах в 1965 году.