Şəmşəddin rayonu 1930-cu il sentyabrın 9-da yaradılmışdır. Sahəsi 824 km² olan rayonun inzibati mərkəzi Tovuzqala şəhəri olmuşdur. Buradan İrəvan şəhərinə olan məsafə 211 km-dir. Rayonu Çəmbərək rayonu tərəfdən Murğuz dağları əhatə edir.

Rayonun ərazisi tarixi İrəvan xanlığının Şəmşəddil mahalına, Çar Rusiyası dövründə isə Yelizavetpol (Gəncə) quberniyasının Qazax qəzasına daxil olmuşdur.

Toponim “şəmsəddinli” türk etnonimi əsasında əmələ gəlmişdir. “Şəmsəddinli” etnoniminin qızılbaşların zülqədar tayfasına aid olduğu göstərilir. Etnotoponimdir.

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