“博尔塔拉”蒙古语意为“青色的草原”。其悠久的历史可上溯到2000多年前的春秋战国时期，博尔塔拉曾为塞种人的游牧地。
　　西汉初，博尔塔拉相继为月氏、匈奴、乌孙等的游牧地。西汉本始二年（公元前72年），汉朝派校尉常惠使持节护乌孙兵，博尔塔拉归其节制。公元前60年，匈奴日逐王归降汉朝，西汉政府设置“西域都护府”，博尔塔拉为其管辖。
　　魏晋南北朝时，博尔塔拉为柔然、悦般的活动区域。西魏至隋，为西突厥占据。隋开皇四年（584年），西突厥归属隋朝政府，博尔塔拉一带自此又隶属中央政府。到了唐代，在此设“双河”都督府，博尔塔拉才以“双河”的名字出现于史册。公元1124年，契丹人耶律大石在中亚建立了西辽王朝，葛逻禄遂隶西辽，并在今天的博乐市西南建立孛罗城（部分史籍中称作“不刺”）。汉族随契丹人西迁进入博尔塔拉。
　　元明时期，博尔塔拉为蒙古族游牧地。元代实行中书省制度，博尔塔拉隶属阿里麻里行中书省。成吉思汗曾把博尔塔拉在内的额敏河流域封为其三子窝阔台的领地。《元史•列传》亦第一次把这里称为“博落脱儿”。也是今天“博尔塔拉”地名形成的开始。
 　明万历十五年（1587年），瓦剌人进入博尔塔拉游牧。明崇祯十六年（1643年），准噶尔首领巴图尔浑台吉征服阿拉套山的两个哈萨克部落，博尔塔拉为准噶尔部所有。
　　1644年清朝中央政权建立。此时，瓦刺部逐渐分为准噶尔、和硕特、杜尔特和土尔扈特四大部，史称厄鲁特四部或卫拉特四部。1671年之后，准噶尔贵族内部因权力之争发生内讧，内战持续不断。至1758年，清政府历经康熙、雍正、乾隆三朝七十余年，最后平定了准噶尔上层贵族的地方割据势力，继而又平定了南疆大小和卓叛乱，重新统一了西域。
　　1762--1764年，清政府分两次从张家口征调2000名察哈尔蒙古官兵西迁戍边，其中1800名携眷移驻博尔塔拉、哈布塔海和赛里木湖一带。1771年，年轻的土尔扈特首领渥巴锡率领十七万之众，不畏艰辛、义无反顾地东归祖国。在沙俄围追堵截下，只有七万多人回到祖国。其西路默门图一旗约四百户三千人被安置在精河一带游  清朝统一后，于1762年在惠远设“伊犁将军府”统辖除阿尔泰地区以外的整个新疆军事和行政事务。同年在精河东岸筑安阜城，在大河沿、大营盘、小营盘等地派兵驻防，在固尔图、托多克（托托）、精河、托里、五台、四台、三台等地设军台、营塘，并在博尔塔拉一些要害地界和国境线上还陆续设置了21所卡伦(哨所)，保卫边境。

　　1913年—1942年(民国2年—31年)，精河县、博乐县、温泉县相继设立，博尔塔拉三县建制始成。
　　1944年9月，伊犁、塔城、阿勒泰三区革命爆发。同年冬，博尔塔拉各民族响应三区革命，开展游击战争，武装反抗国民党反动统治。 1949年，新中国成立。1950年1月，人民解放军进驻精河、博乐两县。新中国的成立，使博尔塔拉历史掀开了新的一页。
　　1953年9月至1954年2月，博乐、精河和温泉三县相继召开了人民代表大会，推选了出席自治州人民代表大会的代表。
　　1954年7月13日博尔塔拉蒙古自治州成立。