1762年，清政府設伊犁將軍府，今溫泉縣境內為伊犁將軍府節制。
1888年，隸屬精河直隸廳。
1913年，屬精河縣。
1914年，察哈爾營領隊大臣為領隊官，原左、右翼總管，副總管，佐領、驍騎校等均行裁撤。
1920年，由精河縣析置博樂縣。
1938年1月24日，察哈爾營奉伊犁屯墾使公署訓令，設置溫泉設治局。
1942年，改設溫泉縣，隸屬伊犁專區管轄。
1945年3月23日，伊犁三區革命政府撤銷溫泉縣，改為溫泉區，并入博樂縣；同年12月1日，又將溫泉區從博樂縣分出，恢復溫泉縣建制仍屬伊犁專區管轄。
1954年7月13日，溫泉縣隸屬博爾塔拉蒙古族自治區。
1955年，博爾塔拉蒙古族自治區改稱博爾塔拉蒙古自治州，溫泉縣仍是博爾塔拉蒙古自治州轄縣之一，沿用至今。