汉神爵二年(前60),匈奴日逐王先贤惮归附汉朝，罢僮仆都尉，汉朝置西域都护府，温宿、姑墨隶属都护府。

东汉建武五年(29)，汉立莎车王康为西域大都尉，姑墨受其辖属。东汉永元三年（91)十二月，汉朝复置西域都护府于龟兹它乾城，县境受其管辖。东汉永初元年（107)六月，汉朝迎还西域都护及屯田吏卒，县境役属北匈奴。东汉延光三年（124），汉朝置西域长史，姑墨、温宿归其管辖。

魏晋南北朝时期，魏黄初三年(222)二月，姑墨、温宿隶属西域戊己校尉。西晋永宁元年(301)一月，凉州刺史统领西域长史、戊己校尉，县境归属之。东晋咸康元年(335)十二月，西域尽入前凉版图，姑墨、温宿受其西胡校尉管辖。前秦建元二十年（384)六月，姑墨、温宿隶属前秦西域校尉。后凉麟嘉五年(393)七月，姑墨隶属后凉西域大都护。东晋义熙五年(409)，隶属西凉。东晋义熙十年（414)，柔然可汗的统治范围扩展到姑墨。

南朝宋永初三年(422)，温宿、姑墨向北凉称臣贡献。北魏太延四年(438)，属柔然。北魏太平真君九年(448)五月，韩牧为假节征西将军领护西戎校尉，姑墨受其节制。北魏延兴元年(471)，姑墨受北魏西域校尉领属。北魏宣武二年(507)，役属口厌哒。北周天和二年(567)，姑墨受突厥统治。其后隶属于西突厥。唐贞观二十二年(648)，隶属安西都护府。唐显庆三年(658)五月二日，县境置温肃(宿)州、姑墨州，隶属安西都护府。武则天长寿元年(692)十月二十五日，县境仍隶属安西都护府唐景龙二年(708)十一月，县境为突骑施占据。其后，突骑施首领娑葛降附唐朝。唐开元三年(715)，郭虔兼安西大都护，唐在西域声望大振，姑墨、温宿隶属安西都护府。唐贞元五年(789)，吐蕃陷北庭(今吉木萨尔界境)，县境属吐蕃。唐景福二年(893)，温宿、姑墨受喀喇汗王朝影响。

五代十国时期，后梁开平元年至后周显德七年（907～960)，县境属葛逻禄部（《西天路竞》称“割鹿图”)。宋熙宁五至七年(1072～1074)，温宿已是喀喇汗朝的领域。宋绍兴四年(1134)，温宿归属西辽。

蒙古太祖十三年(1218)，县境归附蒙古汗国。蒙古太祖二十年(1225)，县境内为察合台汗封地，察合台汗又将包括温宿、姑墨在内的一带地域赐予其总管杜格拉特部首领。蒙古至元三年(1266)，窝阔台汗之孙海都役属察合台汗国，温宿、姑墨受其统治。元大德十年(1306)，县境仍归察合台汗国统治。元至正七年(1347)，杜格拉特部在温宿拥立秃黑鲁·帖木尔为察合台汗。元至正二十三年(1363)，杜格拉特部怯马鲁丁僭汗位。

明洪武八至二十年(1375～1387)，察合台秃黑鲁·帖木尔汗幼子黑的儿·火者被属下拥立为东察合台汗，县境仍受其总管杜格拉特部统治。明正德九年(1514)六月，赛德汗建立叶尔羌汗国，县境受其统治。

清康熙十七年(1678)，县境为准噶尔部统治。清乾隆二十二年(1757)，清政府将温宿城定名为“阿克苏”。乾隆二十三年(1758)，阿克苏设办事大臣。乾隆三十年(1765)，阿克苏办事大臣移驻乌什。清乾隆四十四年(1779)，移乌什领队大臣于阿克苏。乾隆四十七年(1882)，仍驻办事大臣。清同治六年(1867)四月，浩罕(今乌兹别克斯坦境内)阿古柏军侵占阿克苏，建立“哲德沙尔”(意为七城国)。清光绪三年(1877），清政府讨平阿古柏侵略军，阿克苏设善后总局。

清光绪九年(1883)，置温宿直隶州，并置阿克苏分巡兵备道衙署于阿克苏城。清光绪十一年(1885)，主要军政机关迁驻阿克苏新城。阿克苏老城(今温宿县城)设巡检，隶属温宿直隶州。

清光绪二十八年(1902)九月，温宿直隶州升格为府，增设温宿县，隶属温宿府。

民国1年(1912)，沿清旧制，温宿县隶属温宿府。

民国2年(1913)，温宿府改设阿克苏县，温宿县隶属于阿克苏道。

民国17年(1928)，阿克苏道改为阿克苏第四区行政长公署，温宿县受其管辖。民国32年(1943)，阿克苏区行政长公署改为阿克苏第四区行政督察专员公署，温宿县受其管辖。

1949年10月1日，中华人民共和国成立后，温宿县受阿克苏区行政督察专员公署管辖。1958年5月29日，经国务院批准，温宿县并入阿克苏县，撤销温宿县建制。1962年，经国务院批准，恢复温宿县。以合并于阿克苏县的原温宿县行政区域为温宿县的行政区域。

清光绪二十八年(1902)，温宿建县，全县分设10庄和柯坪分防县丞，即伴尔满、喀喇玉尔滚庄、黑孜尔庄、阿吉力庄、哈哈密什庄、阿拉庄、赛里木庄、依拉克庄、雅赛岭庄、鹅斯堂不一庄。柯坪分防县丞辖城厢、市镇各1处，村14个。宣统三年（1911）六月，柯坪分防县丞，改为温宿府属分防巡检。光绪三十四年（1908），新疆开始推行地方自治，温宿县划分4个自治区域，即南区、东区、西区、北区，各区辖村数不等。

民国19年（1930），全县设东、西、南、北4乡，分辖51庄，即：东乡辖帕满苏鲁瓦、黑孜尔、恰其力克、扎木台、西兰其等24庄，西乡辖阿热力、吉格代、麦盖提等7庄，南乡辖托甫汗、库尔巴格、大汗等9庄，北乡辖吐木秀克、兰杆、恰格拉克、萨瓦甫齐等7庄。

民国25年（1936），全县设8区、11乡、5镇。即：一区辖新温乡，二区辖忠孝乡，三区辖仁爱乡，四区辖信义、和平2乡，五区辖孝悌、育才2乡，六区辖礼义、廉耻(亦称廉洁)2乡，七区辖民德、新民2乡，八区辖民爱、文化、公平、光明、育才5镇。

民国32年(1943)，推行保甲制。全县辖2镇、4乡、46保。民国33年(1944)，又划为11乡和城区5镇，即：忠孝乡辖喀拉尤勒滚、哈拉不永、阿拉巴什、秋口尔、扎木台、阿拉力巴各、推满、卡西力克、阿吉力克、甲乙托拉克，仁爱乡辖推美其、巴下克其、刀合提拉克、一仁麻、合克日、铜头尔、拉帕、卡西艾日克、都瓦、兰杆，信义乡辖加各大、哈拉沙、勿各龙、帕满、哈里克、色也克、玉力艾日克、西兰其，和平乡辖阿合托拉克、恰尕克、苏力瓦、黑子都外、苏各铁力克、红塘、红开洛、合一其、阿合提其，孝悌乡辖恒地沙合提、兰干、毛拉科共其、上库肉里、下库肉里、加以东、下色各帕其、下苏不拉克、东买里、上库日巴各、下库日巴各、吐古其、大汗，新温乡辖勿士当不一、黑子不拉克、哈拉布拉克、包孜东，育才乡辖上托卜汗、下托卜汗、和什托拉克、上巴当、下巴当、哈拉木克齐、巴各其，礼义乡辖兰杆、色日木、吐木首克、勿一台台尔、求塔、托亥、下塔哈克、上塔哈克、协黑力，廉洁乡(亦称廉耻乡)辖苏牙合色、代卜待、吉各代、土日各、吾七八仁、哈拉沙、卜各拉克、也克艾日克、提克艾日克，明德乡(亦称买克乡)辖上买克提、下买克提、哈拉多尾，新民乡(亦称阿克乡)辖吾日其、加各吉代、以仁木、上阿日买里、哈拉多外、工切力克、上买力、下阿日买里；育才镇辖9保、3l甲，900户；民爱镇辖10保、93甲，917户；光明镇辖9保、79甲，748户；文化镇辖9保、91甲，936户；公平镇辖8保、80甲，807户。

民国36年(1947)9月，整编乡、镇、保、甲，以3乡3镇合并为l乡1镇，3保3甲合并为1保1甲。10月6日，县参议会合议，全县农村编为4个乡，城区编为两个镇，即：忠孝乡、仁爱乡、信义乡合编为民和乡，称新一乡；和平乡、孝悌乡、新温乡合编为孝悌乡，称新二乡；育才乡、礼义乡、廉洁乡合编为忠信乡，称新三乡；新民乡、明德乡合编为明德乡，称新四乡；民爱、光明、育才镇合编为育才镇，称第一镇；公平、文化镇合编为文化镇，称第二镇。

1950年废除保甲制，全县划为6个区、30个乡，即：一区（育才、文化两镇）辖解放、文化、和平、建设、交通5个街道，二区(托乎拉)辖托乎拉、托甫汗、海力瓦甫、库尔巴格、大汗5个乡，三区(吐木秀克)辖兰杆、帕万拉、曲达、塔嘎克4个乡，四区(阿热勒)辖结格其、乌尔其、吐尔拜提、喀拉都维、吉格代、恰格拉克、尤喀克、托万克麦盖提8个乡，五区（佳木）辖包孜东、喀拉尤勒滚、吐曼、扎木台、塔拉布运、西兰其6个乡，六区（克孜勒）辖卡尔萨、加格达、依尔玛、苏鲁瓦、黑孜尔、阿吉日克、恰其力克7个乡。1954年，从四区划出恰格拉克为八区，从五区划出依希来木其为七区。全县共辖8个区。

1956年，将城区划为镇，全县辖l镇、6区、36个乡，即：温宿镇，一区辖依希来木其、沙地克其、都瓦、苏盖特艾日克、阔依其5个乡，二区辖托甫汗、库尔巴格、海力瓦甫、巴格其、巴勒当、托乎拉6个乡，三区辖兰杆、帕万拉、曲达、塔尕克、库尔巴格5个乡，四区辖结格吉、吐尔拜提、乌尔其、尤喀克麦盖提、托万麦盖提、喀拉都维、喀拉萨、吉格代、叶克艾日克9个乡，五区辖佳木、吐曼、恰其力克、喀拉尤勒滚4个乡，六区辖加依托格拉克、帕满、加格达、阿吉日克、喀拉萨、克孜勒6个乡。

1958年5月29日，经国务院全体会议第77次会议批准，将温宿、阿克苏两县合并为阿克苏县，撤销温宿县建制，县境并入阿克苏县，原被划分为1镇4区，即：温宿镇（将原托乎拉并入温宿镇）、阿克苏县第七区(原四区)、阿克苏县第八区(原三区)、阿克苏县第九区(原五区)、阿克苏县第十区(原六区)。同年10月，撤销区乡建制。4区1镇成立5个政社合一的人民公社，即温宿镇人民公社、阿热勒前进人民公社、吐木秀克天山人民公社、佳木东风人民公社、克孜勒先锋人民公社。

1962年10月20日，复经国务院全体会议第117次会议决定，恢复温宿县治。以合并阿克苏县的原温宿县行政区域为温宿县的行政区域。温宿县下辖1镇5社，24个管理区，93个大队，5个居委会。即：温宿镇人民公社，下辖3个大队、5个居委会；托乎拉人民公社，下辖托乎拉、库尔巴格、托甫汗3个管理区，12个大队；阿热勒人民公社，下辖恰格拉克、吉格代、尤喀克麦盖提、托万麦盖提、乌尔其、结格吉、吐尔拜提、喀拉都维8个管理区，22个大队；吐木秀克人民公社，下辖塔尔尕克、曲达、兰杆3个管理区，15个大队；佳木人民公社，下辖佳木、依希来木其、吐曼3个管理区，15个大队；克孜勒人民公社，下辖帕满、依尔玛、苏鲁瓦、阿吉日克、加依托格拉克、古勒阿瓦提、恰其力克7个管理区，26个大队。

1969年4月4日，温宿县革命委员会成立，各公社也先后成立革命委员会，撤销公社管理区建制。1980年3月14日，撤销水稻二场，将该场集体部分的5个大队，加上阿热勒公社划出的二十、二十一、二十二3个大队，组建恰格拉克公社。1981年，恢复公社管理区建制。 1984年，政社分设，原公社、大队、生产队分别改为乡、村民委员会、村民小组，同时废除管理区建制。从佳木公社分出48个村民小组成立依希来木其乡。经阿克苏地区行署批准，成立博孜墩柯尔克孜民族乡。

1990年，全县辖1镇、9乡、6个居民委员会、97个村民委员会、478个村民小组。即：温宿镇辖6个居委会、4个村民委员会、11个村民小组，托乎拉乡辖10个村民委员会、48个村民小组，阿热勒乡辖15个村民委员会、82个村民小组，吐木秀克乡辖10个村民委员会、37个村民小组，佳木乡辖11个村民委员会、57个村民小组，依希来木其乡辖11个村民委员会、48个村民小组，克孜勒乡辖11个村民委员会、66个村民小组，古勒阿瓦提乡辖12个村民委员会、61个村民小组，博孜墩柯尔克孜民族乡辖5个村民委员会、17个村民小组，恰格拉克乡辖8个村民委员会、51个村民小组。

2001年4月，吐木秀克乡撤乡建镇，辖10个行政村、40个村民小组； 12月，佳木乡撤乡建镇，辖12个行政村、62个村民小组。

2002年3月，阿热勒乡撤乡建镇，辖15个村民委员会、82个村民小组。7月，克孜勒乡撤乡建镇，辖12个行政村、71个村民小组。

2009年，全县辖5个乡、5个镇、104个行政村、2个国有农场、4个国有牧场、1个国有林场。2010年，全县辖5个乡、5个镇、104个行政村、5个国有农场、5个国有牧场、2个国有林场。

2011年全县辖5个乡、5个镇、104个行政村、9个城镇居委会、9个农村社区、5个国有农场、5个国有牧场、2个国有林场。

2012年全县辖5个乡、5个镇、104个行政村、9个城镇居委会、9个农村社区、5个国有农场、5个国有牧场、2个国有林场。

2013年全县辖5个乡、5个镇、5个国有农场、5个国有牧场、2个国有林场，104个村民委员会（9个城镇居委会、9个农村社区）。

2014年，全县辖5个乡、5个镇、5个国有农场、5个国有牧场、2个国有林场，104个村民委员会（9个城镇居委会、9个农村社区）。

2015年，全县辖5乡、5镇、3个管理区（即温宿镇、佳木镇、克孜勒镇、吐木秀克镇、阿热勒镇、托乎拉乡、恰格拉克乡、依希来木其乡、古勒阿瓦提乡、博孜墩柯尔克孜民族乡、托甫汗管理区、柯柯牙管理区、共青团管理区），157个村民委员会（不含9个农村社区）、10个城镇社区居委会。