Образован 4 августа 1938 года. Центр – село Большие Тарханы.

До 1920 года территория относилась к Симбирскому уезду Симбирской губернии и Тетюшскому уезду Казанской губернии, в 1920–1927 годах к Буинскому и Тетюшскому, в 1927–1930 годах к Буинскому кантонам ТАССР, в 1930–1938 годах к Тетюшскому и Будённовскому районам.

В 1940 году площадь Большетарханского района составляла 770 кв.км, население – 33,3 тысяч человек, число сельских советов – 23, населенных пунктов– 54. В 1956 году район занимал 768,9 кв.км, в него входили 19 сельских советов, 52 населенных пункта.

Упразднен 12 октября 1959 года, территория передана в состав Тетюшского района.