清初时期，大孤家子镇境域属铁岭县。
清光绪三十二年（1906年），划归法库直隶厅，属正南路巡警分局（驻地大孤家子）。
清宣统二年（1910年），实行地方自治，属法库抚民厅南一乡（自治会驻地大孤家子）。
民国二年（1913年），法库厅改县，政区沿袭旧制。
民国十二年（1923年），实行区村制，属第三区，区公所驻地大孤家子村。
民国十七年（1928年），仍为三区。
伪满时，分属大孤家子、二道房两村。
民国三十七年（1948年）2月，属第三区，区政府所在地大孤家子。
1956年，撤销区村建制，分属大孤家子、牛其堡2乡。
1958年2月，合并为大孤家子乡。
1958年9月，大孤家子、冯贝堡2乡合并为东方红公社。
1959年，更名大孤家子公社。
1961年，东部12个大队划出设立冯贝堡公社。
1962年，增设李贝堡大队。
1968年6月，改为大孤家子公社革命委员会。
1981年，改公社管委会。
1983年，改大孤家子乡。
1984年8月，改大孤家子镇。