Бирилюсский район был образован 4 апреля 1924 г. В последующие годы его границы неоднократно корректировались в результате передачи населенных пунктов в другие районы.
Начало заселения территории Бирилюсского района русскими людьми можно отнести к 1621 г., когда для защиты местного населения (чулымцев) от набегов кыргызов на правом берегу Чулыма был построен Мелецкий острог. В 1710 г. появилась первая русская деревня, которую заселили пашенные крестьяне, пришедшие в Сибирь вслед за казаками. За нею стали появляться и другие поселения, сохранившиеся до наших дней: деревни Сосновая, Малая Кеть, Арефьево, Чипушево.
В 1911 г. происходит дробление Большеулуйской волости, и с начала 1912 г. в составе Ачинского уезда появляется новая волость — Бирилюсская, с населением 9 тыс. человек, центром которой становится село Бирилюссы. Название Бирилюссы получили по стойбищу Бир-Люси. В переводе с тюркского это означает «поселение у реки» («бир» — «река», «люс-лусси-улусы-улус» — «стойбище»).
В начале ХХ в. в результате проводимых правительством аграрных реформ на территории Бирилюсской волости появились новые деревни, образованные крестьянами-переселенцами из Белоруссии, с Украины, из Татарстана, Чувашии, Латгалии и других губерний России. В 1930-е гг. образовываются населенные пункты Абольск, Боковое, Полевое, Сопка, где отбывали наказание депортированные.
В советское время район развивался как промысловый, сельскохозяйственный с животноводческим направлением. С 1929 по 1935 г. в районе было образовано 96 колхозов, в районе работало четыре маслозавода и «Льнозавод». В летний период в каждом колхозе работали детские ясли-сады для детей, родители которых работали в колхозах.
В годы Великой Отечественной войны на фронт из Бирилюсского района ушли более шести тысяч человек, половина из них остались на полях сражений. А. В. Водянников (посмертно) и П. И. Трушников были удостоены звания Героя Советского Союза. Двумя орденами Славы был награжден В. И. Тывч. А. Коробейникова из села Бирилюссы, получив специальность санинструктора, в одном из боев под Сталинградом вынесла с поля боя 36 раненых бойцов и офицеров вместе с оружием, будучи раненой, уничтожила троих немецких солдат.
Жители Бирилюсского района во время войны отправляли на фронт посылки с салом, сушеной ягодой, картошкой, рыбой, сухарями, вязаными вещами, носовыми платками, кисетами.
Послевоенные пятилетки ознаменовались укрупнением колхозов. Стали организовываться совхозы, были организованы передвижная механизированная колонна, предприятия «Сельхозхимия», «Мелиорация» и др. Для обеспечения колхозов и совхозов механизаторскими кадрами открывается «Школа механизации». В 1947 г. за высокие показатели в полеводстве бригадир колхоза «Красный латгалец» В. И. Сурик был удостоен звания Героя Социалистического Труда.
В 1960-е гг. началось освоение Бирилюсской тайги вдоль линии железной дороги Ачинск — Лесосибирск. В 1959 г. приступают к созданию лесозаготовительного предприятия «Ильинский леспромхоз». Строятся новые поселки — Рассвет и Суриково. В селе Бирилюссы ведется строительство жилья, построена новая больница, сделана пристройка к средней школе.
В 1966 г. весенним паводком разрушается дамба, и наводнение наносит огромный ущерб району. Принимается решение о переносе райцентра из села Бирилюссы в деревню Чипушево с переименованием в село Новобирилюссы. Строительство нового райцентра велось ускоренными темпами. В кратчайшие сроки возводились жилые дома, школа, центральная больница, Дом культуры и много других учреждений.
В конце 1970-х гг. в районе успешно работало пять колхозов: «Победа», «40 лет Октября», «Путь к коммунизму», имени Ленина, «Большевик», четыре совхоза: «Кемчугский», «Бирилюсский», «Полевой» — и пчелосовхоз «Междуреченский».
Изменение экономической ситуации в стране в 1990-х гг. отразились и на экономике Бирилюсского района. Происходит приватизация многих предприятий, в колхозах и совхозах образуются личные подсобные хозяйства, товарищества и общества с ограниченной ответственностью.