På 1500- och 1600-talet, då det ännu inte fanns fast bosättning i Kylmäluoma, rörde sig samer och jägare från kusten på området. De första fasta invånarna bestod av savolaxare, som anlände längs Ijo älv till Taivalkoski i mitten av 1600-talet. Även namnet Kylmäluoma är av savolaxiskt ursprung, eftersom deras ord luoma betydde vattendrag med goda fiskemöjligheter. På strövområdet finns det flera sjöar, vars namn slutar på -luoma, så som Iso- och Pieni Pajuluomajärvi, Särkiluoma och Kylmäluomajärvi.
Ordet 'luoma' är av savolaxiskt ursprung och betyder gott fiskeställe. I mitten av 1600-talet kom savolaxarna längs Iijoki till den nuvarande Kylmäluomatrakten och bosatte sig där. De förde in bland ortnamnen flera sjönamn med luoma-suffix för att beskriva de vatten som hade anseende om sig att vara goda fiskevatten.
Förutom Kylmäluomajärvi finns det området bl.a. Iso-Pajuluoma och Pikku-Pajuluoma, Särkiluoma samt längre norrut på Kuusamos sida Kontioluoma och Oijusluoma.
Under åren 1934-1935 fanns det väldiga skogsarbetsplatser i Kylmäluoma. Spår av den tidens hyggen är, ruiner av gamla skogshuggarbaracker och rester av gamla vintervägar som byggdes för virkestransporten.
Man samlade hö fram till 1960-talet från Kylmäluomas översvämmande myrängar. Man finner fortfarande spår av ängskulturen i form av rester från höstackar.
Man insåg Kylmäluomas betydelse för rekreationen, och år 1969 grundade Forststyrelsen ett campingområde i områdets östra del. Kylmäluoma är statens första strövområde som fastställdes med statsrådets beslut år 1979. Med samma beslut fastställdes även Hossa strövområde, som är ny Hossa nationalpark.
Kylmäluomaområdet är fortfarande viktigt renbetesområde. På området finns det två renskiljningsstängsel, som ligger vid västra delen av Saarijärvi och Kylmäluomajärvi.
På området har man hittat några fornlämningar som tyder på boningar från stenåldern. Dessa har ännu inte undersökts.
