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。清乾隆二十二年（1757年），设洛克伦巡检，清乾隆二十八年（1763年），改设呼图壁巡检。清乾隆二十九年（1764年），筑景化城，为呼图壁巡检管理。清乾隆三十八年（1773年），置昌吉县，呼图壁属昌吉县。清光绪二十八年（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。[10]
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。
1997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。
2003年，呼图壁县辖6个镇、2个乡：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。
截至2021年10月，呼图壁县辖6个镇、1个乡：呼图壁镇、大丰镇、雀尔沟镇、二十里店镇、园户村镇、五工台镇、石梯子哈萨克民族乡，1个中心：国有林管理中心，1个农场：呼图壁种牛场，2个兵团：兵团一零五团、兵团一零六团，1个总场：兵团芳草湖总场。[8] 县人民政府驻呼图壁镇。[9]