清光緒十四年（1888年）置寧遠縣，隸伊犁府。1913年改為伊寧縣，取伊犁、寧遠首字得名。維吾爾、哈薩克、蒙古等少數民族仍沿用“固勒扎”（即寧遠城的少數民族語稱謂），系突厥語，盤羊之意。

漢宣帝神爵二年（公元前60年）伊寧縣歸入祖國版圖，西漢及晉地屬烏孫國，南北朝時為悅般國。隋唐時隸西突厥。宋時為西遼領地，元代為察合臺汗國及其后裔封地，明屬別失巴里。1888年5月25日（清光緒十四年）置寧遠縣，隸屬伊犁府。因與湖南寧遠縣重名，故于1914年改稱伊寧縣。1945年伊、塔、阿三區革命臨時政府設在伊寧。

1950年6月成立伊寧縣人民政府，隸屬伊犁專署。1951年十五區所轄6個鄉劃歸寧西縣，1952年5月23日將縣城五個區劃出析置伊寧市，1954年為伊犁州直屬縣，1957年縣黨政機關遷駐吉里于孜，1975年恢復伊犁行署，伊寧縣歸其管轄，1979年撤地復歸州轄，1984年又劃歸恢復后的伊犁地區行政公署。2001年撤地復歸州轄。

1996年，伊寧縣面積6253平方千米，人口約35.6萬人，其中維吾爾族占48.8％，轄2個鎮、18個鄉：吉里于孜鎮、墩麻扎鎮、達達木圖鄉、潘津鄉、吐魯番于孜鄉、胡地亞于孜鄉、薩地克于薩孜鄉、莫洛托乎提于孜鄉、曲魯海鄉、愉群翁回族鄉、溫亞爾鄉、麻扎鄉、喀什鄉、薩木于孜鄉、維吾爾玉其溫鄉、巴依托海鄉、英塔木鄉、阿熱吾斯塘鄉、喀拉亞尕奇鄉、阿烏利亞鄉。縣政府駐吉里于孜鎮。

2000年第五次人口普查，伊寧縣常住總人口385829人，其中：吉里于孜鎮24409人、墩麻扎鎮11125人、愉群翁回族鄉42117人、吐魯番于孜鄉20072人、喀拉亞奇鄉11368人、潘津鄉22285人、達達木圖鄉25534人、胡地亞于孜鄉18449人、阿熱吾斯塘鄉17524人、英塔木鄉21783人、巴依托海鄉17473人、維吾爾玉其溫鄉15495人、薩木于孜鄉18122人、喀什鄉20179人、麻扎鄉 9430人、溫亞爾鄉23094人、阿吾利亞鄉12003人、曲魯海鄉10241人、莫洛托乎提于孜鄉10015人、薩地克于孜鄉5220人、青年農場7793人、多浪農場6656人、兵團拜什墩農場2877人、兵團七十團場虛擬鄉9328人、新寧糖廠3237人。

2003年，伊寧縣東臨尼勒克、精河縣，南隔伊犁河與察布查爾、鞏留縣隔河相望，西接伊寧市、霍城縣，北靠庫色木契克河與博樂、精河兩縣交界。東西最長116千米，南北寬95千米，總面積4486.05平方千米，總人口405051人。轄2鎮16鄉：吉里于孜鎮、墩麻扎鎮；吐魯番于孜鄉、胡地亞于孜鄉、武功鄉、薩地克于孜鄉、曲魯海鄉、溫亞爾鄉、麻扎鄉、喀什鄉、薩木于孜鄉、維吾爾玉其溫鄉、巴依托海鄉、英塔木鄉、阿熱吾斯塘鄉、喀拉亞尕奇鄉、阿烏利亞鄉、愉群翁回族鄉。縣政府駐吉里于孜鎮。

2004年，將伊寧縣達達木圖鄉、潘津鄉整建制劃入伊寧市管轄。調整后，伊寧縣的行政區劃面積減少100.45平方千米。

2010年第六次人口普查，伊寧縣常住總人口372590人，其中：吉里于孜鎮37238人，墩麻扎鎮11932人，胡地于孜鄉18537人，吐魯番于孜鄉13565人，喀拉亞尕奇鄉11766人，武功鄉8122人，薩地克于孜鄉5229人，愉群翁回族鄉46759人，阿熱吾斯塘鄉19986人，英塔木鄉24761人，巴依托海鄉19217人，維吾爾玉其溫鄉18669人，薩木于孜鄉19621人，喀什鄉23543人，麻扎鄉12069人，溫亞爾鄉26322人，阿烏利亞鄉15427人，曲魯海鄉10447人，青年農場8951人，多浪農場7905人，兵團七十團中心團場12524人。

2014年10月21日，自治區政府（新政函[2014]187號）同意撤銷英塔木鄉，設立英塔木鎮。調整后，全縣轄3個鎮、15個鄉（其中1個民族鄉）：吉里于孜鎮、墩麻扎鎮、英塔木鎮、胡地亞于孜鄉、吐魯番于孜鄉、喀拉亞尕奇鄉、愉群翁回族鄉、阿熱吾斯塘鄉、巴依托海鄉、維吾爾玉其溫鄉、薩木于孜鄉、喀什鄉、麻扎鄉、溫亞爾鄉、阿烏利亞鄉、曲魯海鄉、武功鄉、薩地克于孜鄉。