1762年，清政府设伊犁将军府，今温泉县境内为伊犁将军府节制。
1888年，隶属精河直隶厅。
1913年，属精河县。
1914年，察哈尔营领队大臣为领队官，原左、右翼总管，副总管，佐领、骁骑校等均行裁撤。
1920年，由精河县析置博乐县。
1938年1月24日，察哈尔营奉伊犁屯垦使公署训令，设置温泉设治局。
1942年，改设温泉县，隶属伊犁专区管辖。
1945年3月23日，伊犁三区革命政府撤销温泉县，改为温泉区，并入博乐县；同年12月1日，又将温泉区从博乐县分出，恢复温泉县建制仍属伊犁专区管辖。
1954年7月13日，温泉县隶属博尔塔拉蒙古族自治区。
1955年，博尔塔拉蒙古族自治区改称博尔塔拉蒙古自治州，温泉县仍是博尔塔拉蒙古自治州辖县之一，沿用至今。