Денисовский район образован в 1919 году, входил в состав Кустанайского уезда Челябинской губернии.
Интересный факт. Как пишет известный краевед, П.М. Черныш в книге «Очерки истории Орджоникидзевского района»: «Денисовский район объединил огромную территорию и в 1919 году в него входили такие волости, как Асенкритовская, Архангельская, Валерьяновская (поселки:  Валерьяновский, Екатерининский, Даниловский, Лысаковский, Аксуатский,

Ново-Ильиновский, Придорожный, Козыревский, Прохоровский, Степной, Увальный, Корозорский, Богородский. Всего жителей – 7759), Викторовская, Дамбарская, Аятская, Адаевская, Денисовская (Антоновская), Забеловская, Котюбокская, Коломенская, Богдановская (Ольговская), Таврическая, Смайловская».
  16 сентября 1920 года Кустанайский уезд вошел в состав вновь образованной Казахской ССР.
  9 ноября 1920 года Кустанайский уезд временно передан в Оренбургско - Тургайскую губернию (утверждено ЦИК Казахской АССР от 11 ноября 1920 года).
  1 апреля 1921 года образована Кустанайская губерния в составе 7 районов, в т.ч. Денисовский район (15 волостей).
  27 июля 1922 года Денисовский район преобразован в Денисовский уезд, который имел 27 волостей (утверждено ЦИК Казахской АССР от 5 июля 1923 года).
  7 января 1938 года организован Орджоникидзевский район (выделен из Джетыгаринского). 29 июля 1936 года было принято решение о создании Кустанайской области.
  7 января 1938 года руководство области приняло постановление о создании Орджоникидзевского и Джетыгариинского районов (до 1938 года Денисовский район входил в состав Джетыгаринского района Актюбинской области). Имя Орджоникидзе было присвоено в 1938 году после смерти Серго Орджоникидзе - известного революционера, сподвижника В.И. Ленина, наркома тяжелой промышленности СССР.
В 1955 году из Орджоникидзевского района выделен Камышнинский (Камыстинский) район.

Переименования района:

  В 1963 - 1966 годах району было возвращено прежнее имя – Денисовский, затем, до 1997 года район опять стал Орджоникидзевским.
  17 июня 1997 года Указом Президента Республики Казахстан Н.А. Назарбаева район вновь становится Денисовским, а село из Орджоникидзе переименовано в Денисовку.