县名因处巩乃斯河上游，另取“新源”，为新开垦的草原或新开拓的原野之意。哈萨克语称巩乃斯，“向阳”之意（据考证为突厥语，后来被蒙语、哈萨克语演变而得）。
自两汉迤晋皆为乌孙国地，至隋唐其地为西突厥兼并，改其国名为后汉那国，宋属乌孙逊，辽至元为阿力麻里行省，明为卫拉特，清时新源被置为厄鲁特营游牧地。1888年设宁远县，为宁远县（后改为伊宁县）一部。1930年巩留设县治后，为巩留县东部牧区。1939年4月经新疆省政府批准设立恰克满设治局，1942年更名为新源设治局。1946年置新源县（辞海释为1945年）。
1946年设三个区。1951年设3区，32乡。1953年设5区，20乡。1956年增设第六区及3个乡。1958年撤销区乡建制，成立6个公社，49个生产大队。此后几经分合。1980年设新源镇。1983年地名调查结束后，恢复以地名命名的社队，全县有1个镇、8个公社、6个县属公社级国营农牧场，4个居委会、67个大队、14个社办农牧场。1984年撤社队设乡（镇）、村，增设则克台镇、坎苏乡、吐尔根乡。
1996年，新源县辖5个镇、5个乡：新源镇、则克台镇、阿热勒托别镇、那拉提镇、塔勒德镇、坎苏乡、吐尔根乡、别斯托别乡、喀拉布拉乡、阿勒玛勒乡。
2000年第五次人口普查，新源县常住总人口269842人，其中：新源镇43027人、则克台镇21918人、阿热勒托别镇29390人、塔勒德镇25356人、那拉提镇25986人、别斯托别乡25415人、坎苏乡10772人、哈拉布拉乡17381人、阿勒乌勒乡10397人、吐尔根乡8490人、牡尔根农场3109人、公安农场2791人、前进牧场3624人、高潮牧场3572人、野果改良场2138人、巩乃斯种羊场7193人、新源马场2988人、兵团七十一团13464人、兵团七十二团12831人。
？年，设立肖尔布拉克镇；撤销则克台镇、别斯托别乡，并入新源镇【注：民政部2013年乡级代码仍没有这两个乡镇，而统计部门、新源县政府网站一直有这两个网站】。
2003年，新源县总面积7583.43平方千米，总人口296793人。辖5镇、4乡：新源镇、阿热勒托别镇、那拉提镇、塔勒德镇、肖尔布拉克镇、吐尔根乡、坎苏乡、阿勒玛勒乡、喀拉布拉乡。县政府驻新源镇。【一说，6个镇、5个乡，4个居委会、108个行政村】
2010年第六次人口普查，新源县常住总人口282718人，其中：新源镇51188人，则克台镇24645人，阿热勒托别镇27037人，塔勒德镇23432人，那拉提镇27572人，肖尔布拉克镇9338人，别斯托别乡28896人，坎苏乡10902人，喀拉布拉乡20622人，阿勒玛勒乡15972人，吐尔根乡11481人，种羊场7884人，公安农场3229人，兵团七十一团10961人，兵团七十二团9559人。
2012年，撤销喀拉布拉乡，设立喀拉布拉镇（新政函[2012]58号）。2014年10月21日，自治区政府（新政函[2014]184号）同意撤销阿勒玛勒乡，设立阿勒玛勒镇。至此，全县辖8个镇、3个乡：新源镇、则克台镇、阿热勒托别镇、塔勒德镇、那拉提镇、肖尔布拉克镇、喀拉布拉镇、阿勒玛勒镇、别斯托别乡、坎苏乡、吐尔根乡。