公元前3世纪末,精河为塞种人游牧地。
西汉高后三年(公元前185年),匈奴击月氏,月氏被迫西迁,占据塞种人游牧地,精河为月氏所据。
汉文帝后元四年(公元前160年),乌孙西击月氏,迫月氏南迁,乌孙占据月氏地,精河属乌孙游牧地。
汉宣帝神爵二年(公元前60年),西汉在西域设都护府,精河属西域都护府所辖。
唐显庆三年(公元658年),西突厥汗国灭亡,精河归双河都督府管辖。
蒙古太祖二十年(公元1225年),成吉思汗完成西征大业,把天山南北路以及阿姆河、锡尔河之间的大片土地分封给次子察合台,精河为察合台封地。
南宋景定五年(1264年),忽必烈在阿力麻里设行中书省。精河属阿力麻里行中书省。
明崇祯元年(1628年)左右,卫拉特四部之一准噶尔称雄西北,整个北疆地区被准噶尔部控制,精河为准噶尔部所辖。
清乾隆二十四年(1759年),清政府在精河东岸筑安阜城,设典史(行政长官)1名。
清乾隆三十五年冬(1771年1月),蒙古族土尔扈特部落自伏尔加河流域启程回归祖国,于乾隆三十六年(1771年)六月到达伊犁。西部旧土尔扈特一旗约400户近3 000人,被安置在精河县放牧,隶伊犁将军节制。
清乾隆四十年(1775年),乾隆皇帝赐给精河土尔扈特“乌讷恩素珠克图(忠诚之意)盟旧土尔扈特西部落”印信。
清光绪十四年(1888年),设精河直隶抚民厅,隶伊塔道。
民国二年(1913年),精河厅改为精河县,先后隶伊塔道、第二行政区、伊犁专区。
1950年1月,中国人民解放军第一野战军一兵团六军工兵团团部和二营进驻精河。是年成立精河县人民政府,隶属伊犁专区。
1954年7月,博尔塔拉蒙古族自治区成立,精河县隶属博尔塔拉蒙古族自治区。1955年2月,博尔塔拉蒙古族自治区改称博尔塔拉蒙古自治州,精河县隶属博尔塔拉蒙古自治州。
1955年8月,在精河县第二届人民代表第五次会议上,精河县人民政府改称精河县人民委员会。
1967年3月,精河县人民武装部生产办公室成立,取代县人民委员会职能。
1968年12月,由军队代表、干部代表、群众组织代表“三结合”组成的精河县革命委员会成立,代行县党委和县人民委员会职权。
1973年9月至1974年6月,先后撤销精河县革命委员会及所属小组,县委和原县人民委员会工作机构相继恢复。
1981年3月,精河县第七届人民代表大会第一次会议召开,恢复精河县人民政府名称。
2021年12月,精河镇拆分,分别成立红星街道办事处、曙光街道办事处。
2022年,精河县辖4镇:精河镇、大河沿子镇、托里镇、托托镇;1乡:茫丁乡;2场:八家户农场、阿合其农场;2个街道办事处:红星街道办事处、曙光街道办事处。境内驻有新疆生产建设兵团第五师八十三团和九十一团。