因境內(nèi)有瑪納斯河，經(jīng)北沙窩邊緣，蛇轉(zhuǎn)流過，形成沙多灣多的地貌和景觀，故而得名。又名三道河子。 因河灣多沙，故名。1957年沙灣縣駐地遷三道河子。1976年由塔城地區(qū)劃歸石河子地區(qū)管轄。

1915年置沙灣縣，系由綏來縣（瑪納斯）析出，縣治設(shè)在小拐（現(xiàn)克拉瑪依市小拐鄉(xiāng)），隸屬迪化道。1917年改隸塔城道。1929年縣駐地南遷至沙灣莊（今老沙灣鎮(zhèn)駐地），先后隸屬塔城行政區(qū)、塔城專區(qū)。1956年遷至三道河子鎮(zhèn)，1975年至1977年曾隸屬石河子地區(qū)。1978年再劃歸塔城地區(qū)管轄。

1996年，沙灣縣轄7個(gè)鎮(zhèn)、5個(gè)鄉(xiāng)：三道河子鎮(zhèn)、安集海鎮(zhèn)、四道河子鎮(zhèn)、老沙灣鎮(zhèn)、東灣鎮(zhèn)、烏蘭烏蘇鎮(zhèn)、西戈壁鎮(zhèn)、大泉鄉(xiāng)、金溝河鄉(xiāng)、博爾通古鄉(xiāng)、柳毛灣鄉(xiāng)、商戶地鄉(xiāng)。縣政府駐三道河子鎮(zhèn)。境內(nèi)駐有沙灣林場(chǎng)，農(nóng)八師、工一師和瑪納斯河管理處。

2000年第五次人口普查，沙灣縣常住總?cè)丝?88715人，其中：三道河子鎮(zhèn)47023人、四道河子鎮(zhèn)16295人、老沙灣鎮(zhèn)12993人、烏蘭烏蘇鎮(zhèn)17632人、安集海鎮(zhèn)17214人、東灣鎮(zhèn)10709人、西戈壁鎮(zhèn)9798人、柳毛灣鎮(zhèn)7809人、商戶地鄉(xiāng)7629人、大泉鄉(xiāng)12974人、金溝河鄉(xiāng)13298人、博爾通古鄉(xiāng)8095人、牛圈子牧場(chǎng)3115人、博爾通古牧場(chǎng)3145人、良種場(chǎng)986人。

2003年，沙灣縣總面積12460.24平方千米，總?cè)丝?01845人，轄9鎮(zhèn)、3鄉(xiāng)：三道河子鎮(zhèn)、安集海鎮(zhèn)、烏蘭烏蘇鎮(zhèn)、四道河子鎮(zhèn)、東灣鎮(zhèn)、西戈壁鎮(zhèn)、老沙灣鎮(zhèn)、金溝河鎮(zhèn)、柳毛灣鎮(zhèn)；大泉鄉(xiāng)、博爾通古鄉(xiāng)、商戶地鄉(xiāng)。縣政府駐三道河子鎮(zhèn)。

2010年第六次人口普查，沙灣縣常住總?cè)丝?65196人，其中：三道河子鎮(zhèn)60129人，四道河子鎮(zhèn)13877人，老沙灣鎮(zhèn)10746人，烏蘭烏蘇鎮(zhèn)14396人，安集海鎮(zhèn)15716人，東灣鎮(zhèn)10059人，西戈壁鎮(zhèn)9340人，柳毛灣鎮(zhèn)7385人，金溝河鎮(zhèn)12154人，商戶地鄉(xiāng)18944人，大泉鄉(xiāng)13075人，博爾通古鄉(xiāng)8321人，牛圈子牧場(chǎng)2526人，博爾通古牧場(chǎng)3277人，良種場(chǎng)1100人，兵團(tuán)一二一團(tuán)38320人，兵團(tuán)一三三團(tuán)19919人，兵團(tuán)一三四團(tuán)18801人，兵團(tuán)一四一團(tuán)10023人，兵團(tuán)一四二團(tuán)27588人，兵團(tuán)一四三團(tuán)37902人，兵團(tuán)一四四團(tuán)11598人。