漢代以前，境內(nèi)屬疏勒國、尉頭國、捐毒國等諸國地。
西漢神爵三年（前59），屬西域都護府。
三國時期，屬魏國。
西晉時屬西域長史府；東晉十六國時先后屬前梁、前秦、后涼等政權(quán)。
唐屬疏勒都督府，隸屬安西都護府。
北宋屬喀喇汗王朝。
元代為察合臺后王封地。
明代始轄于別失八里的喀什噶爾，后又為葉爾羌汗國所統(tǒng)轄。
清乾隆二十四年（1759）屬喀什噶爾參贊大臣管轄。
光緒十年（1884）分屬喀什噶爾道和阿克蘇道。
1929年分屬喀什行政區(qū)和阿克蘇行政區(qū)。
1949年屬喀什專區(qū)和阿克蘇專區(qū)。
1954年7月，成立克孜勒蘇柯爾克孜自治區(qū)。
阿圖什縣和烏恰縣，由喀什專區(qū)劃入；阿合奇縣由阿克蘇專區(qū)劃入；阿克陶縣是由喀什專區(qū)蒲犁縣的二、四區(qū)，英吉沙縣的六、七、八區(qū)，疏附縣烏帕爾區(qū)的居勒巴西鄉(xiāng)，色爾亥臺區(qū)喀熱開其克鄉(xiāng)、塔什米勒克區(qū)的奧依塔克鄉(xiāng)，烏恰縣三區(qū)的六、七鄉(xiāng)（克牙克巴鄉(xiāng)、木吉鄉(xiāng)）析置而建。
1955年新疆維吾爾自治區(qū)成立后，改稱克孜勒蘇柯爾克孜自治州。
1976年，阿克陶縣劃歸喀什專區(qū)。
1980年，阿克陶縣復(fù)劃歸克孜勒蘇柯爾克孜自治州。
自治州首府阿圖什市。