Arheoloģiskie atradumi Olaines pagasta teritorijā liecina, ka tā tika apdzīvota akmens laikmetā. Olaines pagasts mūsdienās atrodas uz Vidzemes un Zemgales robežas un arī vēsturiski teritorija tā tika dalīta. No 13. gs. daļa pagasta teritorijas piederēja Livonijai, bet daļa atradās Rīgas patrimoniālajā apgabalā. 1561. gadā daļa pagasta tika iekļauta Kurzemes un Zemgales hercogistē, bet ziemeļu daļa – Žečpospoļitā, bet 1621. gadā – Zviedrijas pakļautībā. Krievijas Impērijai pagasta ziemeļu daļu pievienoja 1710. gadā, bet dienvidu daļu – 1795. gadā.
1604. gadā minēts senākais Olaines nosaukums – Skadiņu pagasts. 1607. gadā Rīgas patrimoniālajā apgabalā bija 286 zemnieku saimniecības, Olainē 14 no tām – Ālupi, Baudas, Ispašas, Ķīkuļi, Lībieši, Lubauši, Meļļi, Penīkas, Romi, Rutki, Skadiņi, Nāburdziņi, Vilītes un Vintapi. 1635. gadā dibināta Katlakalna–Olaines draudze, un vēlāk Olaines pagasta teritorijā uzcelta pirmā koka baznīca Skadiņos. 1694. gadā atvērta draudzes skola un uzcelta pirmā skolas ēka.
1751. gadā Jumpravmuižas revīzijas protokolā minētas 17 vakas, no tām Olaines pagasta teritorijā – Olaines vaka ar 44 zemnieku sētām. No 1749. līdz 1753. gadam pēc Rīgas mūrniekmeistara Joahima Heinriha Giterboka (Joachim Heinrich Güterbock) projekta tika uzcelta mūra baznīca. 1777. gadā no Jumpravmuižas atdalīta kā patstāvīga administratīvi saimnieciska vienība Rīgas rentes muiža – Olaines muiža. Šī ir vienīgā Olaines pagasta muiža, kuras teritorijā ik palaikam ierīkoja pusmuižas, vecākā no tām – Buļļu muiža un privātas lielsaimniecības, Pastmeistarmuiža (tagad Baloži) un bijusī Grēnes muiža. 1763. gadā tika uzcelts zirgu pasta stacijas komplekss – Olaines pagasta “Pastnieki”. 1782. gadā pēc Katrīnas II (Екатерина II Алексеевна) rīkojuma par robežpunktu izveidi tika ierīkots muitas punkts un robežas kordons Šulca krogā pie Misas upes. 1804. gadā dibināta Olaines pagasta tiesa. 1812. gada augustā pie tagadējā pagasta centra notika kauja starp Napoleona I (Napoléon) armijas Prūšu korpusu un krievu armiju.
1819. gadā pēc zemnieku brīvlaišanas Vidzemē tika nodibināts Olaines pagasts kā pašvaldības vienība. 1868. gadā tika uzbūvēta dzelzceļa līnija Rīga (no Torņkalna)–Jelgava, viena no trim stacijām atradās Olainē iepretim Olaines muižas centram. 1871. gadā uzcelts Olaines pagastnams.
1915. gadā, Pirmā pasaules kara laikā, tika nopostīta stacijas ēka, bet 20. gs. 20. gados tā tika no jauna uzcelta un bija viena no pirmajām jaunuzceltajām stacijas ēkām pēckara laikā. Pirmā pasaules kara laikā pagasts divus gadus atradās frontes joslā. Tika nopostītas visas saimniecības, pagastnams, baznīca un skola.
Pēc Latvijas Republikas proklamēšanas Olaines pagasts atradās Rīgas apriņķī. Pagastā darbojās 6 klašu pamatskola un Plakanciema I pakāpes pamatskola.
Otrā pasaules kara laikā, 1941. gadā un 1944. gadā, Olaines pagastā notika postošas kaujas. Padomju okupācijas varas iestādes 1941. gadā izsūtīja 7 Olaines pagasta iedzīvotājus, bet 1949. gadā deportācijā – 62 no Olaines un 13 no Pēterniekiem.
Padomju okupācijas laikā, 1945. gada 31. decembrī, Olaines pagastā tika izveidota Olaines ciema padome un Baložu ciema padome. 1949. gada 31. decembrī tika izveidots Rīgas rajons, kurā iekļauta Olaines un Baložu ciema padome. 1951. gada 25. jūlijā likvidēta Baložu ciema padome, pievienojot tās teritoriju Olaines ciema padomes teritorijai. 1963. gada 12. jūnijā Rīgas rajona Dalbes ciema padomes padomju saimniecības “Olaine” teritorija tika pievienota Olaines ciema padomes teritorijai un Olaines ciema padomes kolhoza “Daugava” teritorija un daļa valsts meža fonda zemju pievienota Katlakalna ciema padomes teritorijai. 1965. gada 24. maijā tika izveidots Olaines pilsētciemats, bet pārējā Olaines pagasta teritorija tika pievienota Dalbes pagastam un Olaines pagasts tika likvidēts.
1990. gada 18. oktobrī Dalbes pagasts tika pārdēvēts par Olaines pagastu. 2009. gadā tika izveidots Olaines novads. Pēc 2021. gada administratīvi teritoriālās reformas Olaines pagastam pievienota daļa Ķekavas pagasta teritorijas, lai apvienotu Olaines pagasta daļu ar Jāņupes ciemu.