西汉文帝至东汉前期为乌孙东境。
魏晋南北朝时期，先后为柔然、高车等国占据。
北周保定二年（公元562年）突厥叶护室点密建牙于鹰沙川，石河子归其管辖。
隋仁寿三年（公元603年），突厥分为东西两部，石河子属西突厥。
唐贞观二十二年（公元648年），西突厥首领阿史那贺鲁依附唐朝，石河子遂归属于唐。唐显庆三年（公元658年），唐朝军队平定阿史那贺鲁之乱，石河子隶于安西都护府。北庭都护府建立后，改属其管辖。唐开成五年（公元840年），葛逻禄与回鹘建立喀拉汗朝，石河子在其疆域之内。
12世纪中期，属于西辽王朝。
13世纪初属于察合台汗国。元朝时隶于别失八里等处宣慰司。
明朝时属蒙兀儿汗国。
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