公元前4世纪末至公元前2世纪初卡拉卡尔帕克共和国的领土上就有人居住，在奎克勒尔干卡尔祭祠遗址的发掘中发现了古代文字碑（公元前4世纪），最有名的要数古希腊罗马晚期的托普拉卡尔宫殿（3～4世纪初）和戈乌尔卡尔等纪念碑。这里有许多自卡拉卡尔帕克人迁居热纳河流域起遗留下的灌溉设施、房屋及宅院的遗迹。从16世纪末起，中亚的史书文献中就常提到卡拉卡尔帕克人。

卡拉卡尔帕克人是中亚种族中血统最为混杂的种族。其语言是阿尔泰语系突厥语族中的卡拉卡尔帕克语(非常接近哈萨克语)。卡拉卡尔帕克人信仰伊斯兰教，属逊尼派教徒。他们是由居住在锡尔河三角州和咸海南部平原地区的部落发展起来的。16世纪到18世纪中期，卡拉卡尔帕克人中的大多数占据了锡尔河中下游地区,成为哈萨克汗国的组成部分。他们过着半定居生活，从事种植、畜牧和捕鱼业。18世纪下半叶，绝大多数卡拉卡尔帕克人从锡尔河流域迁移到了锡尔河的西部支流热纳河流域。19世纪初，卡拉卡尔帕克人终于迁移到了阿姆河三角州地区。

19世纪下半叶，位于阿姆河右岸的领土并入沙俄帝国，并在此成立了阿姆河区，属于由突厥斯坦总督（1878年）管辖的锡尔河州。

1920年阿姆河区归入突厥斯坦苏维埃社会主义自治共和国的阿姆河州。

1924年组建了卡拉卡尔帕克自治州，归哈萨克苏维埃社会主义共和国管辖，后于1930年加入俄罗斯苏维埃社会主义联邦共和国，1932年又改组成卡拉卡尔帕克自治共和国，全称为卡拉卡尔帕克苏维埃社会主义自治共和国，1936年加入乌兹别克苏维埃社会主义共和国。

1991年，乌兹别克斯坦脱离苏联独立后，成为其一个自治共和国。