縣境隋時屬突厥，唐時屬唐，先后歸云中都督府、單于大都護府及安北都護府轄。神冊元年（916年）入遼，屬西南招討司轄，后為西京道豐州北境。金時屬西京路凈州。大定十八年（1178年），置凈州天山縣，轄今武川縣地。明朝時，縣地為西土默特牧場。清初，屬歸化廳土默特及喀爾喀右翼旗。光緒二十九年（1903年）置武川直隸廳，為口外十二廳之一，屬山西布政使歸綏兵備道，設撫民同知，加理事銜。原擬在翁袞城設治，因地偏遠，寄治于歸化城。今縣城初名克克伊爾根（正音為呼和額日格），后漸演變為可可以力更。

民國元年（1912年），改廳為縣，置縣時縣境總面積兩萬多平方千米，包括今之烏蘭花、大灘、旗下營等地。民國三年，隸屬綏遠特別行政區。民國四年，縣府由歸化城遷到可鎮。民國十七年，隸屬于綏遠省。民國廿六年10月，日偽蒙古軍進占縣城，11月14日成立偽縣公署，屬巴彥塔拉盟轄，為二等縣。同年，國民黨縣政府隨綏遠民眾抗日自衛軍進駐縣內山區廟溝一帶。

1938年9月，八路軍挺進大青山，1939年將武川縣一分為四，即歸武縣、武歸縣、武川縣、武固縣�？箲鹌陂g，共產黨與國民黨在本縣均存游擊縣政府，隨軍轉移。1945年8月日本投降后，武川縣恢復抗戰前轄地，屬綏北行政區。1949年9月19日，武川縣解放，屬綏遠省薩拉齊專區。1954年10月，屬集寧專區。1956年8月，屬平地泉行政區。1958年3月，屬烏蘭察布盟。1996年1月至今，屬呼和浩特市管轄。

1996年?，武川縣面積4885平方千米，人口17萬人，其中蒙古族0.3萬人，漢族居多數。轄可可以力更鎮、廟溝鄉、哈拉合少鄉、哈拉門獨鄉、西紅山子鄉、西烏蘭不浪鄉、二份子鄉、東紅勝鄉、中后河鄉、納令溝鄉、蘑菇窯鄉、東土城鄉、上禿亥鄉、廠漢木臺鄉、壕賴山鄉、哈樂鄉、大藍旗鄉、大豆鋪鄉、大青山鄉、安字號鄉等1鎮19鄉�？h政府駐可可以力更鎮。

2000年第五次人口普查，武川縣總人口157530人，其中：可可以力更鎮35201人，大青山鄉6398人，哈樂鄉8147人，大豆鋪鄉6424人，大蘭旗鄉3361人，壕賴山鄉8996人，廠漢木臺鄉8837人，上禿亥鄉6659人，安字號鄉10506人，東土城鄉9649人，蘑菇窯鄉2247人，納令溝鄉3568人，西烏蘭不浪鄉8756人，中后河鄉7363人，二份子鄉5876人，東紅勝鄉5455人，西紅山子鄉7199人，哈拉合少鄉5573人，哈拉門獨鄉4068人，廟溝鄉3247人。

2001年4月，撤銷安字號鄉，并入可可以力更鎮，大蘭旗鄉并入哈樂鄉，蘑菇窯鄉并入納令溝鄉，廟溝鄉并入哈拉合少鄉。調整后，全縣轄1個鎮、15個鄉：可可以力更鎮、大青山鄉、哈樂鄉、大豆鋪鄉、耗賴山鄉、廠漢木臺鄉、上禿亥鄉、東土城鄉、納令溝鄉、中后河鄉、西烏蘭不浪鄉、東紅勝鄉、二份子鄉、西紅山子鄉、哈樂合少鄉、哈拉門獨鄉。2002年，撤銷西烏蘭不浪鄉，設立西烏蘭不浪鎮；撤銷哈樂鄉，設立哈樂鎮，并將原大蘭旗鄉的6個行政村（后合并為3個）劃歸哈樂鎮管轄。

2001－2002年撤鄉并鎮后，由原來的19個鄉1個鎮，123個村委會，964個自然村調整為13個鄉、3個鎮，93個村委會，964個自然村。即：可可以力更鎮、哈樂鎮、西烏蘭不浪鎮、大青山鄉、大豆鋪鄉、耗賴山鄉、廠漢木臺鄉、上禿亥鄉、東土城鄉、納令溝鄉、中后河鄉、東紅勝鄉、二份子鄉、西紅山子鄉、哈拉合少鄉、哈拉門獨鄉。

2004年末，全縣總人口約17.1萬人，其中城鎮人口近4萬人。有漢、蒙、回等19個民族，其中漢族人口約16.63萬人，蒙古族3613人。

2006年，撤銷大豆鋪鄉、耗賴山鄉，并入哈樂鎮；撤銷中后河鄉，并入西烏蘭不浪鎮；撤銷東紅勝鄉、西紅山子鄉，并入二份子鄉；撤銷哈拉門獨鄉，并入哈拉合少鄉；撤銷東土城鄉、廠漢木臺鄉，并入上禿亥鄉；納令溝鄉更名為德勝溝鄉。

2006年，武川縣面積4885平方千米，總人口17.1萬人，其中農業人口14.1萬人；蒙古族占1.8%，漢族占98%。轄3個鎮、5個鄉：可可以力更鎮、哈樂鎮、西烏蘭不浪鎮、大青山鄉、上禿亥鄉、二份子鄉、哈拉合少鄉、得勝溝鄉。共有93個行政村，964個自然村。

2012年?，將哈樂鎮的耗賴山等10村劃出設立耗賴山鄉。