6 августа 1623 года основано одно из древнейших поселений Пермского края − село Карагай.

Название «Карагай» имеет тюркское происхождение (по разным версиям, либо от башкирского карагай – сосна, татарского карагай − лиственница, либо от карагай − слова, известного как название одного из башкирских родов, которое, возможно, было изначально прозвищем застенчивого, необразованного).

В исторических документах за 1623 год Карагай упоминается как деревня с с шестью дворами жителей. Несколько к раннему периоду относятся населенные пункты: Рождественское, Воскресенское, Юрическое и некоторые другие.

С 1647 года, после постройки здесь деревянной Свято-Тихоновской (1832 г.) церкви значится погостом Усольского уезда, а в 1796 г. передается в Оханский уезд.

С целью использования природных богатств и развития горного дела на Урале Петр I издает Указ о так называемой "Горной свободе", по которому разрешалось искать руды и плавить металл на всех землях, кому бы они не принадлежали. А к 1700 году последовал Высочайший Указ Императора Петра I о том, что все земли, леса и всякие угодья с починками, деревнями и всеми жителями по рекам Обве, Ильве и Косьве отдать в вечное владение именитому графу Григорию Строганову. С этого времени свободные крестьяне приобвинского края сделались крепостными.

До 1920-х годов Карагай оставался небольшим селом, состоящим из 130 домов деревянной застройки. От дореволюционных времён сохранилась лишь Свято-Тихоновская церковь – одна из трёх каменных построек Карагая того периода. В 1923 году село стало районным центром.

В настоящее время Карагай является административным центром Карагайского муниципального округа.