Область образована 23 сентября 1937 года постановлением ЦИК СССР «О разделении Северной области на Вологодскую и Архангельскую области»

До XV века западные районы нынешней Вологодской области входили в Новгородскую землю, центральные и восточные земли в подчинении Ростовского княжества, затем Московского государства.

С 1708 года территория вошла в Архангелогородскую губернию и Ингерманландскую губернию, а с 1727 года западная часть вошла в Новгородскую губернию. В 1780 году три провинции Архангелогородской губернии Вологодская, Великоустюгская и Архангельская были выделены в Вологодское наместничество, а 1796 года в юго-восточной части территории наместничества образована Вологодская губерния.

По ходатайству северных уездов Новгородской губернии в июне 1918 года из Тихвинского, Устюженского, Череповецкого, Кирилловского и Белозерского уездов Новгородской губернии была образована Череповецкая губерния с центром в Череповце, а из Великоустюжского, Никольского, Сольвычегодского, Усть-Сысольского и Яренского уездов Вологодской губернии — Северо-Двинская губерния с центром в Великом Устюге. 18 апреля 1924 года в составе Северо-Двинской губернии были образованы первые районы области: Великоустюгский, Верхне-Тоемский, Вохомский, Енангский, Кичменгско-Городецкий, Никольский, Нюксенский, Рослятинский, Усть-Алексеевский, Черевковский. 27 февраля 1928 года были упразднены Усть-Алексеевский (присоединен к Великоустюгскому) и Енангский (присоединен к Кичменгско-Городецкому) районы, а Нюксенский район переименован в Сухонский.

В 1927 году Череповецкая губерния вошла в состав Ленинградской области, а в январе 1929 года Северо-Двинская и Вологодская губерния вошли в состав Северного края. 14 января 1929 года в крае был образован Вологодский округ с центром в городе Вологде в его состав вошли районы: Вожегодский, Вологодский, Грязовецкий, Кокшенгский, Кубено-Озерский, Леденгский, Свердловский, Сямженский, Толшменский, Тотемский, Усть-Кубинский, Харовский, Чебсарский и Шуйский. 23 июля 1930 года окружное деление в крае было ликвидировано. 30 июля 1931 года ликвидированы районы: Верховажский, образованный в 1929 году в составе Няндомского округа Северного края (территория передана Вельскому району); Сямженский (вошёл в Тотемский и Харовский районы); Кокшенгский и Сухонский (их территория вошла во вновь образованный Нюксенский район); Толшменский (вошёл в Тотемский и Шуйский районы); Рослятинский (присоединен к Леденгскому району), а 20 сентября ликвидированы районы: Абакановский (территория передана Череповецкому и Кадуйскому районам); Уломский (территория передана Череповецкому району и Весьегонскому району Калининской области); Николо-Торжский (присоединен к Кирилловскому району). А Петропавловский район переименован в Чарозерский.

Затем после принятия Конституции СССР 5 декабря 1936 года восточная часть современной области вошла в состав Северной области образованной при разделении Северного края.

В связи с разделением 23 сентября 1937 года Северной области на Вологодскую и Архангельскую к Вологодской области были присоединены города и районы Ленинградской области: город Череповец, районы Череповецкий, Мяксинский, Пришекснинский, Петриневский, Кирилловский, Чарозерский, Вашкинский, Белозерский, Бабаевский, Кадуйский, Чагодощенский, Устюженский, Борисово-Судский, Шольский, Оштинский, Ковжинский, Вытегорский и Андомский.

13 августа 1944 года Павинский и Вохомский районы переданы в Костромскую область.