游牧族曾在此繁衍生息。秦代，今克拉玛依辖境为等人游牧之地。汉初，辖境为西迁的大月氏人控制。南北朝时期，辖境为车、突厥诸落游牧之地，后为突厥汗国辖地。隋代，辖境为西突厥铁勒等之地。唐初，辖境为西突厥五咄陆胡禄屋等游牧之地。公元657年，唐朝平定西突厥汗国后，在其地设盐泊都督府（地址在今克拉玛依市区附近），归安西大都护府治下的昆陵都护府辖。公元702年，归北都护府辖。唐末，今克拉玛依市辖一带为葛逻禄等回鹘别游牧地，后为喀喇汗王朝东北境。

1130年，辽宗室耶律大石率西迁叶密立（今额县），今克拉玛依辖境为其领地。1132年西辽建立后属西辽。1218年，成吉思汗击灭西辽政权，今市辖境为蒙古汗国辖地。成吉思汗分封诸时，今克拉玛依地区为窝阔台封地。1251年，蒙哥汗即位后，设别失八里行尚书省，今克拉玛依一带归其辖。1309年，今克拉玛依一带属察合台汗国。明代，瓦刺蒙古土尔扈特在此游牧，1628年，土尔扈特西迁后，属准噶尔游牧地。

1755年，清朝平定准噶尔后，今克拉玛依辖境内附。1762年，清政府在库尔喀喇乌苏设办事大臣，今市境南独山及五五新镇、共青镇等地归其统领。1764年，清政府设塔尔哈台参赞大臣，今克拉玛依辖境西北一带归其统领。1778年，清政府在玛纳斯河域设绥来县（今玛纳斯县），属迪化直隶州辖。辖区包括今克拉玛依百泉、夏街、大拐、中拐、拐等地区。至1886年，库尔喀喇乌苏直隶厅设立，仍辖今市境南一带，属镇迪辖。1888年，塔尔哈台直隶厅成立，辖区包括今市境北地区。市境东大拐、中拐、拐一带则仍属绥来辖区，归迪化今乌鲁木齐府理。

1913年，塔尔哈台、库尔喀喇乌苏直隶厅改置为县，仍分辖市境南、北二。1916年，裁塔尔哈台参赞大臣，设塔城，下辖塔城、乌苏、沙湾县，今克拉玛依市境一带统归其辖。其后，今市境相继隶属于第五行政区、塔城专区辖。至新中国成立前，分属于沙湾县、乌苏县、克烈半个县（今托里县）、和丰县（今和布克赛尔蒙古自治县）辖。

中华人民共和国成立后，为适应乌苏县独山石油工业的发展，于1955年2月成立了独山矿区行政工作委员会。1956年，依据自治区人民委员会《关于工矿区政权设置的决定》，成立了县级建制的独山镇，行政工作委员会改为镇人民委员会，直辖于自治区人民委员会。今市境其余各地仍为邻县辖区：乌尔禾一带属和布克赛尔蒙古自治县，大拐、中拐、拐属沙湾县，黑油山、白碱滩一带属托里县，五五新镇、共青镇一带属乌苏县。至1958年5月，国*院批准克拉玛依设市后，其辖地也随之正式划定。

克拉玛依市主要旅游参观景大致分为四大分：一是自然遗址（景观）。主要有世界鬼城、黑油山、艾里克湖、白杨河大峡谷、野生胡杨林、彩石滩、油砂山、恐龙化石丘、红山丘、未名湖、玛河古、西戈地质公园吐孜沟、中拐荒漠自然植被保护区、清代居民村落遗址、乌尔禾然沥青脉、独山泥火山；二是石油工业遗址（景观）。主要有独山油井遗址、独山蒸馏釜遗址、独山石油工人俱乐、克1号井、英雄193井、克拉玛依展览馆、克拉玛依地质陈列馆、中国石油西井控中心、克拉玛依石化公司、独山石化公司以及石西、陆梁、彩南、准东沙漠油田和野生动逍遥油区；三是城市景观。主要有世纪公园、新行政区、文化一条街、人民广场、克拉玛依河、九龙潭、黑油山公园、朝公园、东湖公园、光世界、风城位库、大漠国际尔夫球俱乐、侏罗纪冰雪世界、西月潭（库）、白碱滩游乐园、鬼城恐龙奇石馆、龙山庄、独山雪场以及朱德视察独山下榻。四是荒漠生态农业景观。主要有大农业观光园区、林业基地、普林生态科技园、院经济区和永升度假村等。其中，最著名的有世界鬼城、黑油山、艾里克湖、白杨河大峡谷和野生胡杨林。世界鬼城，克拉玛依风情。