Первомайский район образован в 1935 году в составе Воронежской области (до осени 1937 года назывался Варейкисовским - в честь И.М. Варейкиса, советского партийного и государственного деятеля). Центр находился в селе Варейкисово (ныне - пгт Первомайский).
Посёлок городского типа Первомайский был образован в 1958 году близ железнодорожной станции Богоявленск. В 1966 - 1967 годах через Первомайский проложен участок федеральной автотрассы Москва - Астрахань. В настоящее время в Первомайском находится администрация Первомайского района, районные учреждения, АО «Первомайскхиммаш», мясокомбинат, молочный завод, станции технического обслуживания автомобилей и др. учреждения.
С 1937 года Первомайский район входил в состав Рязанской области, с февраля 1939-го - в Тамбовскую область. В 1963 году расформирован, в 1966-м восстановлен. Расположен на северо-западе Тамбовской области, на Окско-Донской равнине, в лесостепной зоне. Граничит с Мичуринским, Староюрьевским районами, с Рязанской и Липецкой областями. По территории Первомайского района протекают pеки Иловай, Сухой Иловай, Вишнёвка, Алешня. Имеется много прудов, которые служат в основном источником воды для хозяйственных нужд и базой для рыбхозов. Преобладают выщелоченные чернозёмы. На юго-западе имеется крупный массив дерново-подзолистых почв в комплексе с серыми лесными. Полезные ископаемые: суглинки для производства кирпича, строительные пески, доломиты.
На протяжении всей истории развивался главным образом как район сельскохозяйственного производства. Крупным промышленным предприятием является только Первомайский завод химического машиностроения. Он основан в 1947 году как предприятие по ремонту паровозов. В дальнейшем было налажено производство метизов, ёмкостей, аппаратуры, в том числе для хранения и транспортировки хладонов, товарное производство чугунного и стального литья и др. С 1964 года завод стал предприятием химического машиностроения. Ныне производится в основном нефтегазопромысловое оборудование.
Через территорию Первомайского района проходят линия ЮВЖД, железнодорожная ветка Богоявленск - Сосновка, газопровод «Уренгой - Ужгород», федеральная автотрасса Москва - Астрахань.
Раскопки археологов выявили на территории района несколько древних поселений эпохи бронзы. С древности территорию заселяли тюркоязычные кочевые племена, в меньшей мере - мордва. Русские поселения появились ещё в XII - XIII веках. В 1230 - 1240-е годы численность населения в связи с нашествием монгольских орд хана Батыя резко сократилась. С 1-й трети XVII века началась интенсивная колонизация земель русскими, появились населённые пункты Иловай-Дмитриевское, Иловай-Рождественское, Старое Козьмодемьяновское, Старосеславино, Хоботец-Богоявленское и др. В XVIII веке основаны крупные сёла Иловай-Бригадирское, Новоархангельское, Новобогоявленское, Новокленское; в XIX веке - Новосеславино, Хоботово.
В годы Великой Отечественной войны на фронт ушли свыше 16 тыс. жителей района, около 7 тыс. из них погибли.
Памятники культуры: церковь архистратига Михаила в селе Старосеславино.