“克拉玛依”系维吾尔语和哈萨克语中“黑油”的音译，得名于市区东北角一群天然沥青丘——黑油山，克拉玛依市是全国唯一以石油命名的城市。[23]
克拉玛依原名青石峡（今克拉玛依市区黑油山及其附近区域），最早标有这一名称及其地理位置的是1906年刊行的《旧刊新疆舆图》；1951年黑油山石油地质勘查后，根据维吾尔语和哈萨克语，音译为“克拉玛依”“喀热玛依”或“喀拉玛依”，正式行文中多使用“黑油山”；1956年，将“黑油山”油田按照维吾尔语音译习惯正式改称为“克拉玛依”油田；1956年，新华社发布消息，宣布“克拉玛依地区是个很有希望的大油田”，此后“克拉玛依”即作为固定地名被一直沿用。[23] 黑油山
自汉代开始，新疆地区正式成为中国版图的一部分。汉神爵二年（前60年），西汉政府在乌垒城（今新疆轮台）建立西域都护府，统辖天山南北广大地区，克拉玛依市境归其统辖。[23]
隋代，市境为西突厥铁勒等部之地。[23]
唐初，市境为西突厥五咄陆部胡禄屋等部游牧之地。公元657年，唐朝平定西突厥汗国，在其地设盐泊都督府（地址在今克拉玛依市区附近），归安西大都护府治下的昆陵都护府管辖。公元702年，归北庭都护府管辖。唐末，市境一带为葛逻禄等回鹘别部游牧地，后为喀喇汗王朝东北境。[23]
1130年，辽宗室耶律大石率部西迁叶密立（今额敏县），克拉玛依辖境为其领地。1132年西辽建立后属西辽。[23]
1218年，成吉思汗击灭西辽政权，市辖境为蒙古汗国辖地。成吉思汗分封诸子时，克拉玛依地区为窝阔台封地。1251年，蒙哥汗即位后，设别失八里行尚书省，克拉玛依一带归其管辖。1309年，克拉玛依一带属察合台汗国。[23]