清光绪十四年（1888年）置宁远县，隶伊犁府。1913年改为伊宁县，取伊犁、宁远首字得名。维吾尔、哈萨克、蒙古等少数民族仍沿用“固勒扎”（即宁远城的少数民族语称谓），系突厥语，盘羊之意。
汉宣帝神爵二年（公元前60年）伊宁县归入祖国版图，西汉及晋地属乌孙国，南北朝时为悦般国。隋唐时隶西突厥。宋时为西辽领地，元代为察合台汗国及其后裔封地，明属别失巴里。1888年5月25日（清光绪十四年）置宁远县，隶属伊犁府。因与湖南宁远县重名，故于1914年改称伊宁县。1945年伊、塔、阿三区革命临时政府设在伊宁。
1950年6月成立伊宁县人民政府，隶属伊犁专署。1951年十五区所辖6个乡划归宁西县，1952年5月23日将县城五个区划出析置伊宁市，1954年为伊犁州直属县，1957年县党政机关迁驻吉里于孜，1975年恢复伊犁行署，伊宁县归其管辖，1979年撤地复归州辖，1984年又划归恢复后的伊犁地区行政公署。2001年撤地复归州辖。
1996年，伊宁县面积6253平方千米，人口约35.6万人，其中维吾尔族占48.8％，辖2个镇、18个乡：吉里于孜镇、墩麻扎镇、达达木图乡、潘津乡、吐鲁番于孜乡、胡地亚于孜乡、萨地克于萨孜乡、莫洛托乎提于孜乡、曲鲁海乡、愉群翁回族乡、温亚尔乡、麻扎乡、喀什乡、萨木于孜乡、维吾尔玉其温乡、巴依托海乡、英塔木乡、阿热吾斯塘乡、喀拉亚尕奇乡、阿乌利亚乡。县政府驻吉里于孜镇。
2000年第五次人口普查，伊宁县常住总人口385829人，其中：吉里于孜镇24409人、墩麻扎镇11125人、愉群翁回族乡42117人、吐鲁番于孜乡20072人、喀拉亚奇乡11368人、潘津乡22285人、达达木图乡25534人、胡地亚于孜乡18449人、阿热吾斯塘乡17524人、英塔木乡21783人、巴依托海乡17473人、维吾尔玉其温乡15495人、萨木于孜乡18122人、喀什乡20179人、麻扎乡 9430人、温亚尔乡23094人、阿吾利亚乡12003人、曲鲁海乡10241人、莫洛托乎提于孜乡10015人、萨地克于孜乡5220人、青年农场7793人、多浪农场6656人、兵团拜什墩农场2877人、兵团七十团场虚拟乡9328人、新宁糖厂3237人。
2003年，伊宁县东临尼勒克、精河县，南隔伊犁河与察布查尔、巩留县隔河相望，西接伊宁市、霍城县，北靠库色木契克河与博乐、精河两县交界。东西最长116千米，南北宽95千米，总面积4486.05平方千米，总人口405051人。辖2镇16乡：吉里于孜镇、墩麻扎镇；吐鲁番于孜乡、胡地亚于孜乡、武功乡、萨地克于孜乡、曲鲁海乡、温亚尔乡、麻扎乡、喀什乡、萨木于孜乡、维吾尔玉其温乡、巴依托海乡、英塔木乡、阿热吾斯塘乡、喀拉亚尕奇乡、阿乌利亚乡、愉群翁回族乡。县政府驻吉里于孜镇。
2004年，将伊宁县达达木图乡、潘津乡整建制划入伊宁市管辖。调整后，伊宁县的行政区划面积减少100.45平方千米。
2010年第六次人口普查，伊宁县常住总人口372590人，其中：吉里于孜镇37238人，墩麻扎镇11932人，胡地于孜乡18537人，吐鲁番于孜乡13565人，喀拉亚尕奇乡11766人，武功乡8122人，萨地克于孜乡5229人，愉群翁回族乡46759人，阿热吾斯塘乡19986人，英塔木乡24761人，巴依托海乡19217人，维吾尔玉其温乡18669人，萨木于孜乡19621人，喀什乡23543人，麻扎乡12069人，温亚尔乡26322人，阿乌利亚乡15427人，曲鲁海乡10447人，青年农场8951人，多浪农场7905人，兵团七十团中心团场12524人。
2014年10月21日，自治区政府（新政函[2014]187号）同意撤销英塔木乡，设立英塔木镇。调整后，全县辖3个镇、15个乡（其中1个民族乡）：吉里于孜镇、墩麻扎镇、英塔木镇、胡地亚于孜乡、吐鲁番于孜乡、喀拉亚尕奇乡、愉群翁回族乡、阿热吾斯塘乡、巴依托海乡、维吾尔玉其温乡、萨木于孜乡、喀什乡、麻扎乡、温亚尔乡、阿乌利亚乡、曲鲁海乡、武功乡、萨地克于孜乡。