Der Kreis wurde 1. April 1885 im Zuge der Neugliederung der preußischen Provinz Hannover gebildet. Am 1. Januar 1939 wurde er gemäß einer reichseinheitlichen Ordnung in „Landkreis Northeim" umbenannt. Am 1. Oktober 1932 kam der Kreis Uslar hinzu, am 1. März 1974 wurden der Landkreis Einbeck und der Landkreis Northeim aufgelöst und zu einem neuen Landkreis Northeim vereinigt. 1977 kamen die Gemeinde Kalefeld des Landkreises Osterode am Harz und Teile des Landkreises Gandersheim hinzu. Weiterhin kamen durch Gründung der Gemeinde Katlenburg-Lindau Teile des früheren Landkreises Duderstadt hinzu. Als einziger Ort des ehemaligen Landkreises kam Lindau zum Landkreis Northeim hinzu und ist der einzige Eichsfeldort im Landkreis. 1971 wurden die Hannoverschen Klippen an den nordrhein-westfälischen Kreis Höxter abgetreten. 1974 wurde das Gebiet des Fleckens Adelebsen an den Landkreis Göttingen und Neuhaus im Solling sowie Silberborn an die Stadt (und somit den Landkreis) Holzminden abgetreten.
Der Landkreis war zuerst dem Regierungsbezirk Hildesheim und ab 1978 dem Regierungsbezirk Braunschweig angehörig, ehe dieser 2004 aufgelöst wurde.
Der Verlauf der Westgrenze des Landkreises läßt sich auf die Westgrenze der Grafschaft Dassel im Hochmittelalter zurückführen.
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