先秦为塞人地，自两汉至晋属乌孙国。
隋唐间依附西突厥，国号为石汉那国。
宋时属东喀拉汗王朝。
元为阿里麻里行省辖。
明至清初属卫拉特蒙古，均为游牧之地。
清王朝一统新疆后，巩乃斯划入厄鲁特营游牧场，隶属伊犁将军管辖。
光绪十四年（1888）设宁远县时，为宁远县所辖。
1930年，巩留置县，为其东部牧区。
1939年，从巩留县划出，设恰克满设治局。
1942年，更名为新源设治局。
1946年，改设新源县。
1950年5月，新源县人民政府成立，下设3个区22个乡，隶属伊犁专员公署。
1953年，下设5区、21乡。
1954年11月，伊犁专员公署撤销，新源县为伊犁哈萨克自治州管辖。
1960年1月，巩乃斯种羊场划归新源县。
1965年，新增城镇公社、团结公社。
至1966年，全县辖8公社、46生产队。
1975年5月，因伊犁州机关由伊宁市前往奎屯市，新源县为伊犁地区辖地。
1979年9月，新源县复为伊犁州管辖。
1984年8月，恢复伊犁地区，新源县再属之；同时撤销公社、大队建制，设立乡（镇），新源县辖2镇、8乡、6国有农牧场。
1994年10月，新源县辖5镇、5乡、6国有农牧场，下设5个居民委员会，90个村民委员会。
2000年，新源县国有农牧场体制改革，撤场并（建）乡（镇），全县辖5镇、4乡、4国有农牧场。