โครงการบัณฑิตศึกษามหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานีได้จัดตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2538 ตามพระราชบัญญัติสถาบันราชภัฏ พ.ศ. 2538 มาตรา 7 ที่กำหนดว่า “ให้สถาบันราชภัฏเป็นสถาบันอุดมศึกษาเพื่อการพัฒนาท้องถิ่นมีวัตถุประสงค์ให้การศึกษาวิชาการ และวิชาชีพระดับสูงทำการวิจัยให้บริการวิชาการแก่สังคม ปรับปรุง ถ่ายทอดและพัฒนาเทคโนโลยี ทำนุบำรุงศิลปวัฒนธรรม ผลิตครูและส่งเสริมฐานะครู” และจากนั้นได้มีการเตรียมความพร้อมในการจัดการศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา โดยได้ดำเนินการพัฒนาหลักสูตรระดับปริญญาโท ให้สอดคล้องกับสภาพความต้องการ และมีการเตรียมความพร้อมด้านบุคลากร อาคารสถานที่ วัสดุอุปกรณ์ เอกสาร ตำรา และสิ่งอำนวยความสะดวกต่าง ๆ ในการจัดการศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาอย่างต่อเนื่อง รวมทั้งได้ศึกษาความต้องการของท้องถิ่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในองค์กรวิชาชีพครู
มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี ได้ดำเนินการพัฒนาหลักสูตรระดับบัณฑิตศึกษาให้สอดคล้องกับสภาพ ความต้องการ และการแก้ปัญหาของท้องถิ่นโดยเฉพาะอย่างยิ่งในองค์กรวิชาชีพครู และได้เตรียมความพร้อมด้านบุคลากร อาคารสถานที่ วัสดุอุปกรณ์ เอกสาร ตำรา และสิ่งอำนวยความสะดวกต่างๆ และได้นำเสนอหลักสูตรต่อคณะกรรมการสภาสถาบันราชภัฏ (ในขณะนั้น) และได้รับอนุมัติให้เปิดสอนหลักสูตรในระดับบัณฑิตศึกษาจำนวน 2 หลักสูตร 2 สาขาวิชา คือ หลักสูตรครุศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิชาการบริหารการศึกษาและสาขาวิชาหลักสูตรและการสอน ขึ้นเป็นครั้งแรกในปี 2542 และหลังจากนั้น ได้มีการพัฒนาหลักสูตรระดับบัณฑิตศึกษาในสาขาวิชาต่างๆ เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจนถึงปัจจุบัน
บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี ได้รับการจัดตั้งอย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 16 พฤศจิกายน 2556 โดยสภามหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี โดยเปลี่ยนจากชื่อเดิมคือ โครงการบัณฑิตศึกษา ซึ่งได้จัดตั้งในปี 2538 บัณฑิตวิทยาลัยภายใต้การนำของคณบดีคนแรกที่ได้รับการแต่งตั้งจากสภามหาวิทยาลัยเมื่อวันที่ 26 ตุลาคม 2557 คือ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.รพีพร สร้อยน้ำ มีความรับผิดชอบในการบริหาร จัดการศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา โดยมุ่งเน้นผลิตบัณฑิตที่มีความเป็นเลิศด้านการพัฒนางานวิจัย ความเป็นผู้นำทางวิชาการ และสามารถนำความรู้ไปสร้างสรรค์ความเจริญให้แก่ชุมชนและประเทศชาติ คณบดีคนที่ 2 คือ รองศาสตราจารย์ ดร.ชวลิต อธิปัตยกุล คณบดีคนปัจจุบันคือ รศ.ดร.น.สพ.ฤทธิชัย พิลาไชย