Расселение на территории района приурочено к долине реки Алей, где с XVIII века проходило создание Колывано-Кузнецкой оборонительной линии.
Село Староалейское – районный центр является одним из наиболее ранних населенных пунктов. Деревня Староалейская основана в 1749 г. на территории Колыванской области Барнаульского уезда Бобровской слободы. В 1766 г. заселена вывезенными из Польши белорусами (около 500 человек) не способными к службе, основными занятиями жителей помимо земледелия и животноводства, служили различные кустарные ремесла.
Село Корболиха, расположенное в 15 км от районного центра, основано в 1748 г. и входило в Колыванскую оборонительную линию. Жители села заготавливали и поставляли продовольствие для армии. Корболихинский сельсовет образован в 1920 г. и находится в составе Третьяковского района с 1966 г. Нынешняя территория сельсовета расположена в степной зоне, на ее территории находится часть Гилевского водохранилища, прилегающие земли которого являются комплексным биологическим заказником регионального значения «Гилевский».
Село Екатерининское стало заселяться, как и Староалейское, в 1766 г. на месте военного казачьего поселения. С начала XX века в поселении активно развивается сельское хозяйство: был организован прокатный пункт сельскохозяйственных машин, создаются коммуны. В период коллективизации организовывались сельхозартели, из которых впоследствии создавались колхозы.
Село Садовое расположено в 7 км на юго-запад от с. Староалейское. В 1932 г. на территории поселения был образован свеклосовхоз и заселен работниками из Украины, так же развивалось животноводство. Садовый сельсовет образован в составе Третьяковского района с июля 1977 г.
Станция Третьяковская расположено в 20 км от районного центра. Третьяковский сельсовет входит в состав района с 1966 г., его образование связано со строительством железной дороги.
Село Новоалейское образовалось в 1759 г. из высланных русских, поляков и украинцев крестьян под присмотр казаков.
Село Первомайское образовали бывшие жители сел Екатериниское, Камышенка, Лопатинка, не желающие вступать в колхозы в период коллективизации. Первомайский сельсовет в составе района образован с июля 1985 г.
Село Плоское основано в 18 веке ссыльными крестьянами, далее заселялись отслужившими рекрутами и беглыми крестьянами.
Село Первокаменское образовалось в 1825 г. путем заселения выходцев из Польши не прошедших отбора для службы в армии.
Село Шипунихинское начало заселяться с начала 19 века обрусевшими казахами и киргизами, а также русскими крестьянами и ссыльными поляками, основным занятием которых являлось земледелие.
Село Михайловское расположено в 30 км северо-западнее районного центра и является приграничным с Казахстаном, начало заселяться в 1920 г., в основном крестьянскими семьями из ближайших сел. С 1953-2002 гг. входил в состав Плосковского объединенного хозяйства, а с ноября 2002 г. образован Михайловский сельсовет в составе района.
В 1920 г. Постановлением Сибревкома образовываются Староалейский, Корболихинский, Екатерининский, Плосковский, Новоалейский, Шипунихинский и Первокаменский сельсоветы, которые в 1966 г. переходят в состав Третьяковского района Алтайского края. Третьяковский район образован 15 января 1944 г. и до 1966 г. входил в составы Змеиногорского и Локтевского районов. Как отдельное муниципальное образование восстановлен в современных границах 31 декабря 1966 г.