古為塞人地。
繼匈奴、大月氏之后，烏孫于西漢武帝建元六年（前140）在此重建王國。
漢神爵三年(前59)，隸屬西域都護府納入中國版圖。
其后至宋，相繼為悅般、柔然、突厥、西遼屬地。
成吉思汗西征后成為其子察合臺和窩闊臺的封地。
明至清初，成為準噶爾部會盟之地。
乾隆二十年（1755）清延平定準噶爾之亂；乾隆二十七年(1762)設(shè)“總統(tǒng)伊犁等處將軍”于惠遠，下設(shè)伊犁、塔爾巴哈臺參贊大臣，阿勒泰由科布多參贊大臣管轄；光緒十年(1884)新疆建��；光緒十四年(1888)設(shè)伊塔道，治寧遠城(今伊寧市)，下轄伊犁府和塔城、精河直隸廳；光緒三十一年(1905)阿爾泰地區(qū)專設(shè)辦事大臣，與科布多參贊大臣分治。
1915年，伊塔道分置為伊犁道、塔城道。
1919年，增設(shè)阿山道，劃歸新疆省。
1929年，改設(shè)伊犁、塔城、阿山3個行政區(qū)，置行政長公署。
1943年，伊犁行政區(qū)改為伊犁專區(qū)，轄11縣和新源設(shè)置局。
1950年7月后，中共伊犁區(qū)委及所屬伊犁、塔城、阿勒泰（阿山）地委相繼成立。
1954年11月27日，成立管轄伊犁、塔城、阿勒泰三個專區(qū)的伊犁哈薩克自治州。
1955年11月，伊犁專區(qū)撒銷，所屬市縣由自治州直轄，州政府駐伊寧市。
1975年8月29日，恢復(fù)伊犁地區(qū)，自治州政府遷駐奎屯市。
伊犁地區(qū)機關(guān)駐伊寧市。
1979年9月2日，，撤伊犁地區(qū)，州政府機關(guān)又遷回伊寧市。
1984年9月14日，恢復(fù)伊犁地區(qū)，地區(qū)機關(guān)駐伊寧市。
2001年6月，撤銷伊犁地區(qū)，所屬市縣仍歸自治州直轄。
伊犁哈薩克自治州現(xiàn)直轄塔城、阿勒泰兩個地區(qū)和11個直屬縣市。