Böyük Qarakilsə rayonu 1930-cu il sentyabrın 9-da yaradılmışdır. Sahəsi 766 km² olan rayonun inzibati mərkəzi Böyük Qarakilsə şəhəri olmuşdur.

Rayonun ərazisi tarixi İrəvan xanlığının Pəmbək mahalına, Çar Rusiyası dövründə isə İrəvan quberniyasının Aleksandropol qəzasına daxil olmuşdur.

Ermənistan SSR Ali Soveti Rəyasət Heyətinin 3 yanvar 1935-ci il tarixli fərmanı ilə rayonun adı dəyişdirilərək “Kirovakan” adlandırılmışdır. 1964-cü ildə rayon yenidən təşkil edilmiş və 1995-ci ilədək, yəni yenidən ləğv edilənə qədər “Quqark” adlandırılmışdır.

Toponim ərazidəki albanlara məxsus qara rəngli kilsənin adı ilə “böyük” fərqləndirici sözü əsasında yaranmışdır.

1987-ci ildən rayonun əzəli azərbaycanlı sakinləri yaşadıqları yerləri tərk etməyə məcbur edilmişlər. 1995-ci ildə isə rayon ləğv edilərək Ermənistanın Lori vilayətinin inzibati ərazisinə daxil edilmişdir.