木壘地處古絲綢之路新北道和草原絲綢之路的交匯處。
西漢時期，西域有36個國，蒲類國為其中之一，木壘為蒲類國后國（今巴里坤縣為蒲類國前國）。
唐貞觀十四年（640），唐王朝統一了西域各國，在木壘設蒲類縣，屬庭州管轄。
清代，木壘定名為“穆壘”，乾隆三十八年（1773年）設鎮西府（今巴里坤），府瞎奇臺，木壘屬奇臺。
清光緒二十二年（1896年），清政府在木壘設置警備衙門。
民國6年（1917年），木壘設縣佐，仍屬奇臺。
民國19年（1930年），木壘正式建縣，定名為木壘河縣，隸屬迪化行政長官公署第一行政區。
1930年，木壘設為縣。
因縣城西傍木壘河，故定名為木壘河縣。
時轄英格堡區、西吉爾區、東吉爾區、平頂山區、水地渠區、白楊河區等六個區（鄉約制），有鄉若干，管理各鄉村之民政事務。
1944年以后，木壘河縣改設有木壘鎮，轄4個保；西寧鄉，轄6個保；游牧鄉，轄4個保。
1949年9月26日，新疆和平解放，從此，木壘進入了一個新的歷史時期。
1950年3月1日，木壘建立了人民政權：木壘河縣人民政府，隸屬迪化專員公署。
隨著社會主義建設和生產的不斷發展，木壘河縣的行政區劃也多次改變。
1950年建政時，木壘河縣下設城關區、西寧區、游牧區，共轄15個鄉，1個城關街，1個行政村。
1954年行政區劃調整時，將原來的3個區劃分為5個區，以序命名，1-5區。
依照黨的民族區域自治的政策，由政務院批準，撤消木壘河縣，于1954年7月14日成立了木壘哈薩克自治區，設自治區人民政府。
1955年2月14改稱為木壘哈薩克自治縣，設人民委員會。
1957年，開展了撤區并鄉的區劃工作。
撤銷了1個農業區（二區），合并了7個鄉。
撤區并鄉后，全縣共轄15鄉（包括東城直屬鄉）1鎮。
1958年5月，烏魯木齊專員公署撤銷，木壘哈薩克自治縣劃歸昌吉回族自治州。