“察布查尔”原为清嘉庆年间锡伯人凿修之渠名，系锡伯语，意为“粮仓”。本系蒙古语“凹陷的隘口”之意。
两汉时，察布查尔僻处要荒，先后为塞种、月氏居牧。西汉宣帝神爵二年（公元前60年），列入汉朝版图。西汉迄晋为乌孙国，南北朝时期为悦般国，隋唐为西突厥属地。唐为昆陵都护府下温鹿洲都督府辖地，公元720年归北庭都护府统辖。南宋时属西辽辖，元初为察合台封地，至1274年属阿里麻里行中书省辖。元末为翰亦刺地，明属也先瓦刺之后，分四卫拉特，准噶尔部崛起居之。至清兴，准噶尔建庭于此，成为准噶尔政治、宗教之中心和浑台吉噶尔丹策凌兀鲁思（即蒙语领地之意）。
清乾隆二十二年（1757年），清朝平定准噶尔后，察布查尔变为荒无人烟的原野。乾隆二十九年（1764年），清朝政府自东北调遣锡伯军民共3275人西迁伊犁，进驻察布查尔屯垦戍边。乾隆三十年（1767年），按新额鲁特例，不论旗分，以近200户为一牛录，锡伯昂吉共编为八旗八牛录：镶黄旗（乌珠牛录）、正黄旗（寨牛录）、正白旗（依拉齐牛录）、正红旗（堆齐牛录）、镶白旗（孙扎齐牛录）、镶红旗（宁古齐牛录）、正蓝旗（纳达齐牛录）、镶蓝旗（扎库齐牛录）。锡伯八旗，后称锡伯营，隶属于伊犁将军府锡伯营领队大臣直辖。锡伯营驻守疆域范围西至今哈萨克斯坦国境内察林河，东至今县境加尕斯台乡，东西长约120千米；南自厄鲁特牧地（即今乌孙山北麓）起，北至伊犁河，南北宽约40千米，总面积约4800平方千米。锡伯营实际巡查境域范围西至巴尔喀什湖以东以南地区。
嘉庆十三年（1808年），锡伯营察布查尔大渠挖成后，经伊犁将军批准，将锡伯营界东移至积水潭（今阔洪奇），其疆域东西延长为约130千米，总面积约5200平方千米。同治五年（1866年），为“伊犁塔兰奇苏丹汗国”地方割剧政权所辖。同治十年（1871年）沦为沙俄殖民地，划归俄七河省管辖。光绪八年（1882年），清政府收回伊犁，与霍尔果斯河口对直头胡、特奇勒干山以西大片土地皆被划入俄境；锡伯营界疆域东西长缩短为约75千米，总面积约3400平方千米。光绪十年（1884年）新疆建省，锡伯营仍属伊犁将军统辖。
民国元年（1912年），锡伯营属伊犁镇边使署辖。1915年，锡伯营属伊犁镇守使署辖，受新疆都督节制。今县境内坎乡、海努克、加尕斯台，自乾隆二十七年（1762年）起皆属宁远城阿奇木伯克辖，至光绪十四年（1888年）隶属宁远县（今伊宁县）辖；民国二十一年（1932年），划归巩留县辖。民国二十七年（1938年）1月14日，撤销伊犁锡伯营（包括四营），同时成立河南设治局（因处伊犁河南岸而命名）。民国二十九年（1940年）1月1日，升格为县，正式成立河南县，海努克、加尕斯台同时划归河南县辖，隶属于伊犁行政督察专员公署。河南县辖境：北自伊犁河，南至乌孙山分水岭，西自中俄《伊犁界约》国界线，东至阔洪齐，总面积约为3638平方千米。民国三十二年（1943年），河南县被鉴定为三等县。民国三十三年（1944年）5月4日，河南县因与河南省重名，改名宁西县。
1944年成立伊犁、塔城、阿勒泰三区革命政府，宁西县改称苏木尔县。1950年6月11日苏木尔县复称宁西县，并成立宁西县人民政府，隶属伊犁专员公署。1951年坎乡由伊宁县划归宁西县（今察布查尔锡伯自治县）辖后，始成现在的疆域面积4430.24平方千米。1954年3月17日经国务院批准，将宁西县更名为察布查尔锡伯自治县。现属伊犁哈萨克自治州。
1996年，察布查尔锡伯自治县面积4430平方千米，人口约15.6万人，其中锡伯族占13.1％，汉族占35.9％，辖2个镇、11个乡：察布查尔镇、爱新色里镇、孙扎齐牛录乡、纳达齐牛录乡、扎库齐牛录乡、坎乡、阔洪奇乡、海努克乡、加尕斯台乡、琼博拉乡、米粮泉回族乡、堆齐牛录乡、绰霍尔乡。驻有中央直属厂矿、自治区天山西部林业局所属林场、伊犁地区奶牛场、平原林场和新疆生产建设兵团农四师3个团场。县政府驻察布查尔镇。
2000年第五次人口普查，察布查尔锡伯自治县常住总人口161834人，其中：察布查尔镇20990人、爱新舍里镇8000人、堆齐牛录乡6415人、孙扎齐牛录乡8666人、绰霍尔乡7170人、纳达齐牛录乡5387人、扎库齐牛录乡11987人、米粮泉回族民族乡4218人、坎乡10672人、阔洪齐乡7107人、海努克乡10953人、扎格斯台乡11873人、琼博拉乡8055人、种羊场5124人、良种繁育场1897人、察布查尔奶牛场虚拟乡 9831人、 兵团六十七团场7304人、兵团六十八团场8967人、兵团六十九圆场7218人。
2003年，察布查尔锡伯自治县总面积4488.92平方千米，总人口164832人。辖2镇11乡：察布查尔镇、爱新色里镇、孙扎齐牛录乡、纳达齐牛录乡、扎库齐牛录乡、坎乡、阔洪奇乡、海努克乡、加尕斯台乡、琼博拉乡、堆齐牛录乡、绰霍尔乡、米粮泉回族乡。县政府驻察布查尔镇。
2010年第六次人口普查，察布查尔锡伯自治县常住总人口179744人，其中：察布查尔镇22111人，爱新舍里镇8132人，堆依齐牛录乡8229人，孙扎齐牛录乡9427人，绰霍尔乡6984人，纳达齐牛录乡5188人，扎库齐牛录乡13841人，米粮泉回族民族乡4796人，坎乡11950人，阔洪奇乡7796人，海努克乡14140人，加尕斯台乡13561人，琼博拉乡8598人，托布中心6558人，良繁场2208人，伊犁州奶牛场11663人，伊犁州平原林场209人，山区林场702人，都拉塔口岸306人，兵团六十七团8361人，兵团六十八团9088人，兵团六十九团5896人。
2014年10月21日，自治区政府（新政函[2014]186号）同意撤销孙扎齐牛录乡，设立孙扎齐牛录镇。调整后，全县辖3个镇、10个乡（其中1个民族乡）。