Район был образован в 1928 году, тогда он входил в состав Казахской ССР и назывался Тёпловским. Привычное название получил в 1962 году, вместе с переносом райцентра из Теплого в новый поселок Первомайский.
В составе района 58 населенных пунктов, 15 сельсоветов. Самыми старыми поселениями Первомайского района считаются села Красное и Соболево, поселок Теплое, основанные яицкими казаками.
