石河子垦区原本是古老的游牧区。
清乾隆年间即有小量兵屯开垦，以后召集民众垦种，逐渐形成村落，后因战乱，群众大部分逃往它处，至解放前只有少量少数民族散居在此从事农牧业生产。
1950年，中国人民解放军第22兵团（后改为新疆生产建设兵团）26师（后改为农八师）及25师（后改为农七师）一部，到此开荒生产。新疆和平解放后，沙湾县在石河子设区。
1958年，撤区成立星火人民公社。
1975年4月，生产建设兵团撤销，同年6月成立石河子地区。
1976年1月，经国务院批准，设立石河子市。石河子地区辖石河子市、沙湾县、玛纳斯县和农八师以及农七师部分农场共18个农牧团场。
1979年，石河子地区撤销，保留石河子市，同时成立石河子农工商联合企业,与石河子市合署办公。
1981年12月，恢复新疆生产建设兵团，农八师管辖垦区全部农牧团场和石河子的大部分工矿企业，师部驻石河子市。
1985年6月，正式成立市人民政府，农八师和石河子市实行一个党委领导的体制。后效仿石河子模式建立了五家渠市（2004年1月19日成立，农六师师部）、图木舒克市（2004年1月19日成立）、阿拉尔市（2004年1月19日成立）、北屯市（2011年11月28日成立，农十师师部）、铁门关市（2012年12月30日成立）和双河市（2014年2月26日成立），这6个市均为县级市。
2000年，石河子市辖5个街道、1个镇、1个乡。
2013年11月6日，石河子镇挂牌成立，标志着石河子乡的建制取消，石河子市辖区变为5个街道，2个镇。
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