Сегежский район – бывшая старинная Выгозерская волость – примечательная территория, которую упоминали важные карельские и российские исторические источники. Территория, занимающая значительную часть Выгозерского края, до сих пор остается одной из самых мало изученных. Известно, что до XII — XIII веков основным населением здесь были саамы. На территории современного Сегежского района выявлены следы стоянок каменного века. В настоящее время известно около 30 археологических памятников – поселений древнего человека.
В начале второго тысячелетия из земель северо-западного Приладожья сюда приходят карелы, а немного позднее с юга, с новгородских земель – русские переселенцы.
Выгозерский погост как северная оконечность обширной административной области Новгородской республики был зафиксирован еще в XIII веке. После 1478 г., когда Новгород лишился своей независимости, Выгозерский край стал «государственной землей», частью Новгородского уезда державы великого князя Московского Василия III Ивановича. В конце XVI века в связи с борьбой с постоянно вторгавшимися на север Карелии шведскими отрядами часть Выгозерского погоста вывели из состава Новгородского уезда и передали как особый административный округ Соловецкому монастырю.
Образовавшаяся Выгозерская волость, включающая в себя земли вокруг Выгозера и по Верхнему Выгу, явилась «предшественницей» Сегежского района. В XVII веке земли вокруг Выгозера снова стали «государевыми», край административно относился к Олонецкому уезду. XVIII век – Петровско-Ямская волость Повенецкого уезда с тремя крестьянскими обществами: Масельгским, Выгозерским и Койкиницким. Из списков населенных мест Олонецкой губернии по сведениям на 1905 год – «деревня Сегежа относится к Богоявленской волости Сондальского общества, располагается в 172 км от уездного города Повенца…».
В 1702 г. по краю пролегла знаменитая Осударева дорога Петра I, сыгравшая свою роль в отвоевывании исконно русских земель и выходе России на Балтику. На территории Сегежского района недалеко от деревни Надвоицы располагался Воицкий медный рудник, одно из старейших промышленных месторождений на северо-западе России в XVIII веке. Обширный и глухой край получил связь со всей страной благодаря строительству Мурманской железной дороги. В ноябре 1916 года МЖД была принята в эксплуатацию, а вместе с ней – станция IV разряда Сегежа. Новая станция получает название Сегежа в честь реки Сегежа, впадающей неподалеку в Выгозеро и деревни Сегежа. В 1926 году Сегежа – колонизационный поселок при Мурманской железной дороге. Он по-прежнему входил в состав Петровско-Ямской волости Повенецкого уезда. Одним из шести сельсоветов волости был Сегежский, центр которого располагался на станции Сегежа.
Как самостоятельное административно-территориальное образование Сегежский район начал свою историю 29 августа 1927 года, когда ВЦИК РСФСР принял постановление «О районировании Карельской АССР». В состав Сегежского района были включены бывшая Петровско-Ямская волость, часть Надвоицкой волости, деревня Карасозеро Ругозерской волости. Сегежский район того времени состоял из Надвоицкого, Сегежского, Койкиницкого, Выгозерского и Вожмосалмского сельсоветов. Административным центром района была определена станция Сегежа. За два года недолгого существования района центрами его попеременно в этот период побывали Вожмосалма и деревня Надвоицы.

В 1929 году Сегежский район было предложено упразднить и его территорию «раздать» соседним районам. Станция Сегежа была включена в состав Медвежьегорского района. Бывший район снова стал сельским советом с центром на этот раз сначала на станции Майгуба. Вновь важность земель вокруг Выгозера обозначилась в 30-х годах XX века, когда по территории бывшего Выговского погоста прошла трасса Беломорско-Балтийского канала. Четвертое Надвоицкое отделение Белбалтлага было одним из самых крупных и насчитывало 17 лагпунктов, в том числе в Сегеже.

В ноябре 1935 года Совнарком СССР принял Постановление об образовании в составе Беломорско — Балтийского Комбината (ББК) Управления строительства сегежского лесобумхимкомбината — Сегежстрой. Комбинат должен был стать крупнейшим производителем мешочной бумаги для развивающейся советской индустрии. В июне 1938 г. для «эксплуатационных кадров» лесобумхимкомбината был образован рабочий поселок Сегежа. В годы Великой Отечественной войны прифронтовая Сегежа сражалась и работала на Победу. Зимой 1941 года линия фронта проходила примерно в 70 км от рабочего поселка и оставалась почти неизменной до лета 1944 года. 26 декабря 1943 г. Указом Президиума Верховного Совета Карело-Финской ССР рабочий поселок Сегежа Медвежьегорского района преобразовании в город республиканского подчинения. 30 марта 1945 года на карте Карелии вновь появился Сегежский район.