Территория, на которой ныне расположен район, в летописях и других письменных источниках называлось Железным Полем и входила в состав Бежецкой пятиныНовгородской земли. Затем в составе Угличского уделаМосковского государства, а с 1563 по 1685 год в составе Угличского уезда. В 1685 году было предписано выделить из Угличского Устюжна-Железопольский уезд, который просуществовал до 1927 года в составе Новгородской губернии (с 1727 года по 1918 год). По ходатайству северных уездов Новгородской губернии 10-13 мая 1918 года Демократический съезд Советов из Тихвинского, Устюженского, Череповецкого, Кирилловского и Белозерского уездов была образована Череповецкая губерния, которая в 1927 году была упразднена и вошла в Ленинградскую область. Тогда же в августе 1927 года в Череповецком округе Ленинградской области из части бывшей территории Устюженского уезда был образован Пестовский район. В состав района вошли следующие сельсоветы: Авдейковский, Беззубцевский, Богословский, Борковский, Брякуновский, Быковский, Васильковский, Воробьёвский, Воскресенский, Горский, Гусевский, Гуськовский, Драчевский, Ельничский, Жарковский, Иваниковский, Кадницкий, Климовский, Княжевский, Карельско-Пестовский, Коровинский, Креницкий, Ладожский, Медведевский, Мелествовский, Мировский, Муравьёвский, Мясниковский, Нивский, Осиповский, Охонский, Пальцевский, Поповский, Почугинский, Приданихский, Раменский, Репшино-Горский, Русско-Пестовский, Старосихинский, Стиньховский, Столбский, Тарасовский, Тимофеевский, Уломский, Угомоновский, Усть-Кировский, Устьянский, Устюцкий, Федовский и Финьковский.
19 сентября 1927 года был образован рабочий посёлок Пестово.
В ноябре 1928 года были упразднены Авдейковский, Брякуновский, Васильковский, Воробьёвский, Драчевский, Кадницкий, Карело-Пестовский), Креницкий, Ладожский, Медведевский, Мелествовский, Муравьёвский, Мясниковский, Приданихский, Репшино-Горский, Старосихинский, Стиньховский, Столбский, Угомоновский, Устьянский и Финьковский с/с. Борковский и Пальцевский с/с были объединены в Барсанихский с/с; Иваниковский, Княжевский, Мировский (частично) и Раменский — в Ёлкинский; Жарковский и Нивский — в Лаптевский; Мировский (частично), Поповский, Русско-Пестовский и Тимофеевский — в Пестовский. Горский с/с был переименован в Сорокинский.
23 июля 1930 года ЦИК и СНК СССР в соответствии с постановлением ЦК ВКП(б) издали постановление «О ликвидации округов». Череповецкий округ был упразднён и район стал непосредственно входить в Ленинградскую область.
20 февраля 1937 года из Мошенского района в Пестовский был передан Чернянский с/с.
Указом Президиума ВС СССР от 5 июля1944 года была образована самостоятельная Новгородская область и Пестовский район вошёл в её состав.
8 июня 1954 года были упразднены Гусевский, Ельнический, Уломский, Чернянский и Федовский с/с.
18 сентября 1958 года были образованы Погореловский и Уломский с/с.
28 декабря 1960 года был упразднён Климовский с/с. 17 августа 1961 года упразднён Уломский с/с.
В связи с реорганизацией советских органов в краях и областях на промышленные и сельские, указами Президиума ВС РСФСР от 26 декабря 1962 года и от 1 февраля 1963 года в апреле 1963 года был образован Пестовский сельский район. В него вошли упразднённые Дрегельский, Пестовский и Хвойнинский районы, а рабочий посёлок Пестово вошёл в состав Хвойнинского промышленного района. Указом Президиума ВС РСФСР от 2 марта 1964 года из части Боровичского и Пестовского сельских районов был образован Любытинский сельский район. В него вошли бывшие Дрегельский и Любытинский районы. Указом Президиума ВС РСФСР от 12 января 1965 года были упразднены промышленные районы, а сельские преобразованы в административно-территориальные районы, из Пестовского района был восстановлен Хвойнинский район, также этим указам было утверждено решение Новгородского облисполкома от 11 декабря 1964 года о преобразовании рабочего посёлка Пестово в город, Пестовский район восстановлен в нынешних границах. В его состав вошли город Пестово и сельсоветы Барсанихский, Беззубцевский, Богословский, Быковский, Воскресенский, Гуськовский, Ёлкинский, Коровинский, Лаптевский, Осиповский, Охонский, Пестовский, Погореловский, Почугинский, Семытинский, Сорокинский, Тарасовский, Усть-Кировский и Устюцкий.
28 марта 1977 года были упразднены Коровинский и Сорокинский с/с.
5 мая 1978 года Гуськовский с/с был переименован в Вятский, Осиповский — в Абросовский, Усть-Кировский — в Вотросский[4].
Законом Новгородской области от 28 октября 2013 года № 355-ОЗ образован хутор Мошниково[5].
На 01.01.2019 года зарегистрировано 358 средних и крупных предприятий, из них в государственной и муниципальной собственности 76, в частной — 260, общественных и религиозных предприятий — 14, в смешанной российской собственности — 5, в совместной российской и иностранной — 1. За 2018 год промышленными предприятиями Пестовского района отгружено продукции на общую сумму 2214,04 млн.руб. Среднесписочная численность работников, занятых в экономике на средних и крупных предприятиях за 11 месяцев 2018 года составила 2599 человек, что на 5,8 % больше аналогичного периода 2017 года. Средняя заработная плата на предприятиях Пестовского района составила 29138,7 руб. (темп роста к аналогичному периоду прошлого года — 104,92 %). Объём инвестиций в основной капитал предприятий района за 9 месяцев 2018 года увеличился в 2,2 раза и составил 368,18 млн.руб.
Малый бизнес является основной составляющей частью экономики района. В 2018 году осуществляли деятельность 166 малых предприятий. На 01.01.2019 года зарегистрирован 721 индивидуальный предприниматель. Отраслевая структура малого предпринимательства Пестовского района характеризуется высокой долей деревообрабатывающего производства (37,53 %), на втором месте предприятия, занимающиеся строительством (19,68 %), на третьем месте торговля, общественное питание, ремонт транспортных средств и деятельность гостиниц (17,85 %). В последние годы малый бизнес активно осваивает сферу бытовых и жилищных услуг, дополнительного образования детей и развлечений.