两汉时为乌贪訾离国，后并入车师后国。

唐属庭州和北庭都护府。

宋属高昌回鹘国。

元属别失八里。

明属瓦剌，明末清初为准噶尔部游牧地。

清乾隆二十年（1755年）设乌鲁木齐西路军台，称呼图克拜台，后设营塘。

乾隆二十二年（1757年）设洛克伦巡检，二十八年(1763年)改设呼图壁巡检。

乾隆二十九年（1764年），筑景化城，为呼图壁巡检管理。

乾隆三十八年（1773年）置昌吉县，呼图壁属昌吉县。

光绪二十八年（1902年）改巡检为县丞，设呼图壁分县。

民国二年（1913年）撤销呼图壁分县，所辖区域悉归昌吉县管辖。

民国三年（1914年）仍设呼图壁分县，置县佐，名为昌吉县分驻呼图壁县佐。

民国七年（1918年）从昌吉县析置呼图壁县，属迪化道。

民国三十六年（1947年）年改名景化县，属迪化专区。

1954年恢复原名，隶属乌鲁木齐专区。

1958年后属昌吉回族自治州。

1996年，呼图壁县辖4个镇、3个乡：呼图壁镇、大丰镇、二十里店镇、雀尔沟镇、石梯子哈萨克族乡、园户村乡、五工台乡。境内有呼图壁种牛场，芳草湖总场，105、106、111等兵团团场。

2000年第五次人口普查，呼图壁县常住总人口210643人，其中：呼图壁镇34980人、大丰镇12242人、雀尔沟镇13502人、二十里店镇13888人、园户村乡21155人、五工台乡16771人、石梯子哈萨克民族乡6548人、兵团105团场10160人、兵团106团场7733人、兵团111团场5156人、兵团芳草湖总场61017人、种牛场7491人。

2001年，撤销园户村乡，设立园户村镇（新民区字160号文件批复；10月12日正式撤乡建镇；撤销五工台乡，设立五工台镇（新民区198号文件批复），政府机关迁至河西村。

2003年，呼图壁县总面积9518.45平方千米，总人口205560人。辖6镇、2乡：呼图壁镇、大丰镇、雀尔沟镇、二十里店镇、园户村镇、五工台镇、石梯子哈萨克族乡、独山子哈萨克族乡。县政府驻呼图壁镇。【注：独山子哈萨克族乡是1999年自治区政府批准设立，该乡可能没有正式设立，待查】

2010年第六次人口普查，呼图壁县常住总人口210201人，其中：呼图壁镇43127人，大丰镇11454人，雀尔沟镇11380人，二十里店镇14320人，园户村镇19650人，五工台镇17899人，石梯子哈萨克民族乡6934人，县良种繁育场916人，干河子林场830人，呼图壁种牛场7029人，兵团一零五团13902人，兵团一零六团5416人，兵团芳草湖总场57344人。