宋代为高昌回鹘地。

唐朝设天山县，隶属西州。

清光绪十二年（1886年），托克逊划为吐鲁番直隶厅的西乡。

民国二十五年（1936年）设托克逊县，隶焉耆行政区。

民国二十七年（1938年）改隶迪化行政区。

1958—1969年由新疆维吾尔自治区直辖。

1970—1974年隶属乌鲁木齐市。

1975年至今隶属于吐鲁番地区。县府驻托克逊镇。

2015年4月，国务院批复同意吐鲁番地区撤地区设市，托克逊县隶属于吐鲁番市。