พื้นที่11730.302 ตารางกิโลเมตร
จำนวนประชากร 519338 ครัวเรือน
ประชากรชาย 787642
ประชากรหญิง 799004
ประชากรรวม 787642
จากหลักฐานทางประวัติศาสตร์และโบราณคดีพบว่า บริเวณพื้นที่ที่เป็นจังหวัดอุดรธานีในปัจจุบัน เคยเป็นถิ่นที่อยู่ของมนุษย์มาตั้งแต่สมัยก่อนประวัติศาสตร์ประมาณ 5,000-7,000 ปี จากหลักฐานการค้นพบที่บ้านเชียงอำเภอหนองหานและภาพเขียนสีบนผนังถ้ำที่อำเภอบ้านผือ เป็นสิ่งที่แสดงให้เห็นเป็นอย่างดีจนเป็นที่ยอมรับในวงการศึกษาประวัติศาสตร์และโบราณคดีระหว่างประเทศ ว่าชุมชนที่เป็นถิ่นที่อยู่ของมนุษย์ก่อนประวัติศาสตร์ที่จังหวัดอุดรธานี มีอารยธรรมความเจริญในระดับสูง และอาจถ่ายทอดความเจริญนี้ไปสู่ประเทศจีนก็อาจเป็นได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องปั้นดินเผาสีลายเส้นที่บ้านเชียงนั้น สันนิฐานว่า อาจเป็นเครื่องปั้นดินเผาสีลายที่เก่าที่สุดของโลก

หลังจากยุคความเจริญที่บ้านเชียงแล้ว พื้นที่ที่เป็นจังหวัดอุดรธานี ก็ยังคงเป็นที่อยู่อาศัยของมนุษย์สืบต่อมาอีกจนกระทั่งสมัยประวัติศาสตร์ของประเทศไทย นับตั้งแต่สมัยทวาราวดี (พ.ศ.1200-1600) สมัยลพบุรี (พ.ศ.1200-1800) และสมัยสุโขทัย (พ.ศ.1800-2000) จากหลักฐานที่พบคือใบเสมาสมัยทวาราวดีลพบุรี และภาพเขียนปูนบนผนังโบสถ์ที่ปรักหักพังบริเวณเทือกเขาภูพานใกล้วัดพระพุทธบาทบัวบกอำเภอบ้านผือ แต่ทั้งนี้ยังไม่ปรากฏหลักฐานชื่อจังหวัดอุดรธานีปรากฏในประวัติศาสตร์แต่อย่างใด

ต่อมาในสมัยกรุงศรีอยุธยาเป็นราชธานีพื้นที่ที่จังหวัดอุดรธานีปรากฎในประวัติศาสตร์เมื่อราวปีจอ พ.ศ.2117 พระเจ้ากรุงหงสาวดีได้ทรงเกณฑ์ทัพไทยให้ไปช่วยตีกรุงศรีสัตนาคนหุต(เวียงจันทน์) โดยให้สมเด็จพระมหาธรรมราชากับสมเด็จพระนเรศวรมหาราชยกทัพไปช่วยรบ แต่เมื่อกองทัพไทยมาถึงเมืองหนองบัวลำภูซึ่งเป็นเมืองหน้าด่านของเมืองเวียงจันทน์ สมเด็จพระนเรศวรมหาราชประชวรด้วยไข้ทรพิษจึงยกทัพกลับไม่ต้องรบพุ่งกับเวียงจันทน์และเมืองหนองบัวลำภูนี้เองสันนิษฐานว่าเคยเป็นเมืองที่มีความเจริญมาตั้งแต่สมัยขอมเรืองอำนาจ
กรมหลวงประจักษ์ศิลปาคมในสมัยกรุงรัตนโกสินเป็นราชธานีนั้น จังหวัดอุดรธานีได้เกี่ยวข้องกับการศึกสงคราม กล่าวคือในระหว่าง พ.ศ.2369- 2371 ได้เกิดกบฎเจ้าอนุวงศ์ยกทัพเข้ามายึดเมืองนครราชสีมา ซึ่งมีผู้นำคือคุณหญิงโม(ท้าวสุรนารี) กองทัพเจ้าอนุวงศ์ได้ถอยทัพมาตั้งรับที่เมืองหนองบัวลำภู และได้ต่อสู้กับกองทัพไทยและชาวเมืองหนองบัวลำภูจนทัพเจ้าอนุวงส์แตกพ่ายไป กระทั่งในปลายสมัยสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว รัชกาลที่4 ประมาณ พ.ศ.2411 ได้เกิดความวุ่นวายขึ้นในมณฑลลาวพวน เนื่องมาจากพวกฮ่อซึ่งกองทัพไทยได้ยกขึ้นไปปราบปรามจนสงบได้ชั่วคราว
ในปี พ.ศ. 2428 สมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว พวกฮ่อได้รวมตัวก่อการร้าย กำเริบเสิบสานขึ้นอีกในมณฑลลาวพวนฝั่งซ้ายแม่น้ำโขงและมีท่าทีจะรุนแรง พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวโปรดให้ พระเจ้าบรมวงศ์เธอกรมหมื่นประจักษ์ศิลปาคม เป็นแม่ทัพใหญ่ฝ่ายใต้ และเจ้าหมื่นไวยวรนาถเป็นแม่ทัพใหญ่ฝ่ายเหนือไปทำการปราบปรามพวกฮ่อ ในเวลานั้นเมืองอุดรธานียังไม่ปรากฏชื่อเพียงแต่ปรากฎชื่อบ้านหมากแข้ง หรือบ้านเดื่อหมากแข้ง สังกัดเมืองหนองคายขึ้นการปกครองกับมณทลลาวพวน และกรมหมื่นประจักษ์ศิลปาคมแม่ทัพใหญ่ฝ่ายใต้เดินทัพผ่านบ้านหมากแข้งไปทำการปราบปรามพวกฮ่อจนสงบ
ภายหลังการปราบปรามฮ่อสงบแล้วไทยมีกรณีพิพาทกับฝรั่งเศส เนื่องจากฝรั่งเศสต้องการลาว เขมร ญวณ เป็นอาณานิคม เรียกว่า "กรณีพิพาท ร.ศ. 112 (พ.ศ. 2436)" ด้วยพระปรีชาญาณของพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ที่ทรงยอมเสียสละส่วนน้อยเพื่อรักษาประเทศไว้ จึงทรงสละดินแดนฝั่งซ้ายแม่น้ำโขงให้แก่ฝรั่งเศส และตามสนธิสัญญาที่ทำขึ้นระหว่าง 2 ประเทศ มีเงื่อนไขห้ามประเทศสยามตั้งกองทหารและป้อมปราการอยู่ในรัศมี 25 กิโลเมตร ของฝั่งแม่น้ำโขง
ดังนั้น หน่วยทหารไทยที่ตั้งประอยู่ที่เมืองหนองคาย อันเป็นเมืองศูนย์กลางของหัวเมือง หรือมณฑลลาวพวน ซึ่งมีกรมหมื่นประจักษ์ศิลปาคมเป็นข้าหลวงใหญ่สำเร็จราชการ จำต้องอพยพเคลื่อนย้ายลึกเข้ามาจนถึงหมู่บ้านแห่งหนึ่งชื่อบ้านเดื่อหมากแข้ง (ซึ่งเป็นที่ตั้งจังหวัดอุดรธานีปัจจุบัน) ห่างจากฝั่งแม่น้ำโขงกว่า 50 กิโลเมตร เมื่อทรงพิจารณาเห็นว่าหมู่บ้านแห่งนี้มีชัยภูมิเหมาะสม เพราะมีแหล่งน้ำดี เช่น หนองนาเกลือ (หนองประจักษ์ปัจจุบัน) และหนองน้ำอีกหลายแห่ง ทั้งห้วยหมากแข้ง ซึ่งเป็นลำห้วยน้ำใสไหลเย็น กรมหมื่นประจักษ์ศิลปาคม ทรงบัญชาให้ตั้งศูนย์มณฑลลาวพวน และตั้งกองทหารขึ้น ณ หมู่บ้านเดื่อหมากแข้ง จึงพอเห็นได้ว่าเมืองอุดรธานีได้อุบัติขึ้นโดยบังเอิญ เพราะเหตุผลทางการเมืองระหว่างประเทศยิ่งกว่าเหตุทางการค้า การคมนาคมหรือเหตุผลอื่น ดังเช่นหัวเมืองสำคัญต่างๆ ในอดีต
ศาลหลักเมืองอุดรธานีอย่างไรก็ตามคำว่า "อุดร" ได้มาปรากฏเป็นชื่อเมืองเมื่อ พ.ศ.2450 (พิธีตั้งเมืองอุดรธานี 1 เมษายน ร.ศ. 127 หรือ พ.ศ. 2450 โดยพระยาศรีสุริยราชวรานุวัตร หรือ "โพธิ์ เนติโพธิ์") พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ได้มีกระแสพระบรมราชโองการให้จัดตั้งเมืองอุดรธานีขึ้นที่บ้านหมากแข้ง อยู่ในการปกครองของมณฑลอุดร
หลังการเปลื่ยนแปลงการปกครองจากระบอบสมบูรณาญาสิทธิราชมาเป็นระบอบ ประชาธิปไตย เมื่อวันที่ 21 มิถุนายน พ.ศ. 2475 แล้วได้มีการปรับปรุงระเบียบการบริหารราชการแผ่นดิน ยกเลิกการปกครองในระบบมณฑลในส่วนภูมิภาคยังคงเหลือเฉพาะจังหวัดและอำเภอเท่านั้น มณฑลอุดรจึงถูกยุบเลิกไปเหลือเพียงจังหวัด "อุดรธานี"