Грязинский район образован в 1928 году в составе Центрально-Чернозёмной области. С 1954 года - в Липецкой области. Административный центр — город Грязи.

16 февраля 2005 года утверждён флаг Грязинского района (Решение Грязинского районного Совета депутатов № 110 "О флаге Грязинского района") и Положение о нём. Согласно тексту Положения:

"3. Описание и обоснование символики флага Грязинского района
3.1. Описание флага Грязинского района:
"Прямоугольное полотнище с соотношением ширины к длине 2:3, диагонально разделенное на 4 части - красную (вверху и внизу), зеленую (у древка) и синюю (у свободного края), несущее в центре изображение фигуры желтого колеса".
3.2. Обоснование символики флага.
Флаг по своему содержанию един и гармоничен. Все фигуры флага отражают исторические, географические и социально-экономические особенности Грязинского района. За основу композиции флага района взято его географическое расположение - в юго-восточной части области в пределах Окско-Донской равнины (зеленая часть флага). Во все фигуры флага заложена многозначная символика. Центр района, город Грязи, возник во второй половине XIX века как пристанционный поселок в связи со строительством Козлово-Воронежской, Орлово-Грязской и Грязи-Царицынской железных дорог. На территории центра Грязинского района расположен крупный железнодорожный узел со станциями: Грязи-Воронежские, Грязи-Волгоградские, Грязи-Орловские и 474 км. Магистральные железнодорожные линии обеспечивают центру района, городу Грязи, транспортно-экономические связи со всеми железнодорожными линиями страны. Узел обслуживает четыре направления: Орел-Волгоград, Рязань-Миллерово, что показывает деление полотнища и главная фигура флага - желтое колесо - символ вечного движения и развития. Колесо аллегорически показывает ритм движения поездов, определивших судьбу города и района. Золото (желтый цвет) - символ прочности, богатства, величия, интеллекта, прозрения. Грязинский район, расположен на юго-востоке Липецкой области (красная часть - основной цвет флага Липецкой области) и граничит с Тамбовской областью (синяя часть - основной цвет флага Тамбовской области). Основа индустрии района - благоприятные природно-экономические условия, способствуют развитию многопрофильного сельского хозяйства и на его базе перерабатывающих предприятий - об этом аллегорически говорит зеленая часть полотнища. Синий и зеленый цвета также дополняют символику природы района и аллегорически показывают, что Грязинский район расположен на Окско-Донской равнине по обоим берегам реки Матыры. Лазурь (синий, голубой цвет) - символ чести, славы, преданности, истины, красоты, добродетели и чистого неба. Зеленый цвет - символ весны, радости, надежды, жизни, природы, а также здоровья. Доблести жителей района отражены красным цветом - символом мужества, самоотверженности, красоты, справедливой борьбы и жизни.
3.3. Автор флага: Галина Туник (г. Москва)".

По материалам справочной правовой системы "ГАРАНТ" (спасибо М.В.Ревнивцеву); рисунок прислан А.Куприным ("БИАР", г.Москва)

Флаг внесен в Государственный геральдический регистр РФ под № 1805.

Поле образования Грязинского муниципального округа (2025 г.) было принято Решение Совета депутатов Грязинского муниципального округа от 11 ноября 2025 года № 81 "Об официальных символах (гербе и флаге) Грязинского муниципального округа Липецкой области Российской Федерации". В решении говорится:

"Признать герб и флаг муниципального образования "Грязинский район" Липецкой области Российской Федерации гербом и флагом Грязинского муниципального округа Липецкой области Российской Федерации".

Утверждены также обновленные положения о гербе и флаге. Описание флага е изменилось:

"3.1. Описание флага Грязинского округа:
"Прямоугольное полотнище с соотношением к длине 2:3, диагонально разделенное на 4 части - красную (вверху и внизу), зеленую (у древка) и синюю (у свободного края), несущее в центре изображение фигуры желтого колеса".

Материалы геральдического архива В. Маркова