清乾隆四十一年置縣。據傳，建縣時，四十里內鑿井無水，故名奇臺。現縣治舊名“古城子”，清光緒十五年（1889年）奇臺縣治從奇臺（今名老奇臺）遷駐古城子，遂將古城改稱為奇臺。

漢為車師后部，唐為庭州的蒲類縣，貞觀十四年（640年）置。元屬別失八里行尚書省。明為瓦剌游牧地，清初為準噶爾部游牧地。清乾隆四十一年（1776年）置奇臺縣，隸鎮西府，縣治在今老奇臺鎮。光緒十五年（1889年）縣治從老奇臺遷今縣城所在地古城子，隸屬迪化府。1943年隸迪化專區，1958年屬昌吉回族自治州。

1996年，奇臺縣轄3個鎮、12個鄉：奇臺鎮、老奇臺鎮、半截溝鎮、西北灣鄉、古城鄉、五馬場哈薩克族鄉、西地鄉、坎爾孜鄉、大泉塔塔爾族鄉、喬仁哈薩克族鄉、吉布庫鄉、碧流河鄉、東灣鄉、七戶鄉、三個莊子鄉。

2000年第五次人口普查，奇臺縣常住總人口204796人，其中：奇臺鎮40338人、老奇臺鎮12041人、半截溝鎮18687人、吉布庫鎮12711人、東灣鎮8846人、西地鎮13138人、碧流河鄉 9431人、西北灣鄉19737人、坎爾孜鄉4250人、五馬場鄉6680人、古城鄉8749人、喬仁鄉3205人、七戶鄉7098人、三個莊子鄉4040人、大泉塔塔爾民族鄉3724人、兵團108團4432人、兵團109團4010人、兵團110團4585人、兵團奇臺農場16103人、兵團北塔山牧場2997人。

2003年，奇臺縣總面積16709.36平方千米，總人口228983人。轄6鎮、9鄉：奇臺鎮、老奇臺鎮、半截溝鎮、吉布庫鎮、東灣鎮、西地鎮、碧流河鄉、西北灣鄉、坎爾孜鄉、古城鄉、七戶鄉、三個莊子鄉、五馬場哈薩克族鄉、喬仁哈薩克族鄉、大泉塔塔爾族鄉。縣政府駐奇臺鎮。

2010年第六次人口普查，奇臺縣常住總人口210566人，其中：奇臺鎮63777人，老奇臺鎮9906人，半截溝鎮16044人，吉布庫鎮10640人，東灣鎮7024人，西地鎮10880人，碧流河鄉7547人，西北灣鄉17979人，坎爾孜鄉4262人，五馬場鄉7172人，古城鄉8092人，喬仁鄉4126人，七戶鄉5464人，三個莊子鄉3667人，塔塔爾鄉3726人，兵團奇臺農場26868人，兵團農六師北塔山牧場3392人。

2014年自治區政府（新政函[2014]9號）批復同意撤銷碧流河鄉，設立碧流河鎮；10月20日，自治區政府（新政函[2014]181號）批復同意撤銷三個莊子鄉，設立三個莊子鎮。至此，全縣轄8個鎮、7個鄉（其中3個民族鄉）。