1918年置縣，縣因河得名�！对�·西北地附錄》稱古塔巴。清《西域同文志》作“胡圖克拜”，為準語“吉祥”之意。一說為古代突厥語，有“尋求幸福”的含意。呼圖壁河上游地區有康家石門子生殖崇拜巖畫等古代游牧民族文化遺跡，呼圖壁地名的起源與此有關。一說系蒙古語“多鬼的地方”之意。
兩漢時為烏貪訾離國，后并入車師后國。唐屬庭州和北庭都護府。宋屬高昌回鶻國，元屬別失八里。明屬瓦剌，明末清初為準噶爾部游牧地。清乾隆二十年（1755年）設烏魯木齊西路軍臺，稱呼圖克拜臺，后設營塘。乾隆二十二年（1757年）設洛克倫巡檢，二十八年（1763年）改設呼圖壁巡檢。乾隆二十九年（1764年），筑景化城，為呼圖壁巡檢管理。乾隆三十八年（1773年）置昌吉縣，呼圖壁屬昌吉縣。
光緒二十八年（1902年）改巡檢為縣丞，設呼圖壁分縣。1913年撤銷呼圖壁分縣，所轄區域悉歸昌吉縣管轄，1914年仍設呼圖壁分縣，置縣佐，名為昌吉縣分駐呼圖壁縣佐。1918年從昌吉縣析置呼圖壁縣，屬迪化道。1947年改名景化縣，屬迪化專區。1954年恢復原名，隸屬烏魯木齊專區。1958年后屬昌吉回族自治州。
1996年，呼圖壁縣轄4個鎮、3個鄉：呼圖壁鎮、大豐鎮、二十里店鎮、雀爾溝鎮、石梯子哈薩克族鄉、園戶村鄉、五工臺鄉。境內有呼圖壁種牛場，芳草湖總場，105、106、111等兵團團場。
2000年第五次人口普查，呼圖壁縣常住總人口210643人，其中：呼圖壁鎮34980人、大豐鎮12242人、雀爾溝鎮13502人、二十里店鎮13888人、園戶村鄉21155人、五工臺鄉16771人、石梯子哈薩克民族鄉6548人、兵團105團場10160人、兵團106團場7733人、兵團111團場5156人、兵團芳草湖總場61017人、種牛場7491人。
2001年，撤銷園戶村鄉，設立園戶村鎮（新民區字[2001]160號文件批復；10月12日正式撤鄉建鎮；撤銷五工臺鄉，設立五工臺鎮（新民區[2001]198號文件批復），政府機關遷至河西村。
2003年，呼圖壁縣總面積9518.45平方千米，總人口205560人。轄6鎮、2鄉：呼圖壁鎮、大豐鎮、雀爾溝鎮、二十里店鎮、園戶村鎮、五工臺鎮、石梯子哈薩克族鄉、獨山子哈薩克族鄉�？h政府駐呼圖壁鎮�！咀ⅲ邯毶阶庸_克族鄉是1999年自治區政府批準設立，該鄉可能沒有正式設立，待查】
2010年第六次人口普查，呼圖壁縣常住總人口210201人，其中：呼圖壁鎮43127人，大豐鎮11454人，雀爾溝鎮11380人，二十里店鎮14320人，園戶村鎮19650人，五工臺鎮17899人，石梯子哈薩克民族鄉6934人，縣良種繁育場916人，干河子林場830人，呼圖壁種牛場7029人，兵團一零五團13902人，兵團一零六團5416人，兵團芳草湖總場57344人。