托里县自古以来就是中国领土的一部分，西汉神爵二年（公元前60年）汉朝在乌垒城（今新疆轮台县）境设西域都护府。东汉时期，汉将窦先大破匈奴，鲜卑据其地游牧。魏晋南北朝时期，先后有柔然人和突厥人活动。

唐贞观二十三年（649），唐置瑶池都督府，隶于安西都护府，托里受其管辖。西辽延庆元年（1124），耶律大石在叶密立称帝，建元延庆，托里区域属西辽统辖。蒙古太祖二十一年（1227），托里属成吉思汗三子窝阔台的封地。明万历三十五年（1607），托里属土尔扈特部游牧地。崇祯元年（1628），托里县境内土尔扈特部牧民向额尔齐斯以西迁徙，至伏尔加河区域游牧。托里成为准噶尔部游牧区。崇祯八年（1635），巴图尔珲台吉继承为准噶尔汗，托里属准噶尔汗国领地。康熙二十九年（1690），托里为策妄阿拉布坦的控制区。乾隆二十七年（1762），清朝授明瑞为总统伊犁等处将军，托里受其统辖。光绪十一年（1885），塔城参赞大臣锡纶奉敕在托里境老风口平安驿修建风神庙。光绪帝御笔亲赐“福佑岩疆”匾额。托里当时是迪化(乌鲁木齐)通往塔城的一个驿站，设千户长2人、百户长3人、副百户长6人。民国7年（1918）8月，由塔城县析置额敏县，今托里县域属额敏县管辖。民国31年（1942），设置托里设治局，仍属额敏县管辖。民国34年（1945）8月，托里县境由额敏县管辖。民国38年（1949）4月30日，塔城专署将额敏县的八区、九区、十区析出，建置克烈半县，隶属政府塔城专署。县政府设在磨房（今托里镇）。1949年10月1日，中华人民共和国成立。12月16日，新疆省人民政府成立。托里县境归其管辖。1950年7月，克烈半县改称克烈中心区，隶于塔城专区。

1952年10月，撤销克烈中心区，成立托里县。同月，成立中国共产党托里县委员会、托里县人民政府。