汉朝时阿勒泰为西域都护府辖地，继塞种人之后有匈奴，鲜卑游牧于此。
唐朝为北庭都护府辖地，先后为柔然、突厥游牧地。
宋朝为蒙古游牧地，窝阔台汗国、察合台汗国辖境。
元朝为岭北行省辖境。
明朝为瓦刺汗国辖境，蒙克帖木儿的封地。
清乾隆十九年（1754年），为乌里雅苏台定边左副将军治下的科布多赞大臣管辖，阿尔泰乌梁海七旗封地的阿尔泰乌梁海左翼旗和左翼后旗地。
清同治六年（1867年），交布伦托海办事大臣管辖，同治八年(1869年)，布伦托海办事大臣被裁撒，仍归科布多赞大臣管理。
同治十年(（871年）塔尔巴哈台带兵大喇嘛棍噶扎拉参借地安置其部众及塔尔巴哈台来的难民．在现阿勒泰市解放北路市三中附近修建千佛寺，后称承化寺，自此为其借地。
光绪三十二年（1906年），科布多、阿勒泰分治，设阿尔泰办事大臣管理阿尔泰地区，治所在承化寺。是其辖境。
1912年，改阿尔泰办事大臣为阿尔泰办事长官，直隶北京中央政府管辖。治所仍在承化寺，是其辖境。
1913年始设承化寺县佐，隶属阿尔泰办事长官公署。
1919年撤阿尔泰办事长官公署，改置阿山道。划归新疆省管辖，治所仍在承化寺。
1949年9月25日新疆和平解放以后，于1950年建立了承化县人民政府，北屯之地隶属之。
1953年11月20日，经中央人民政府政务院批准，改承化县为阿泰县。北屯之地隶属之。
1954年2月1日，经新疆省人民政府批准，改阿泰县为阿勒泰县，北屯之地隶属之。
1958年8月，新疆生产建设兵团主持工作的副政委、镇边将军张仲瀚为即将恢复重建的十师师部选址定点，因“多勒布尔津”成为中国最北的屯垦戍边重地而命名“北屯”。
1959年5月，十师抽调基建人员从巴里巴盖前往北屯，拉开北屯建设序幕。
1959年11月1日，农十师师部正式迁址北屯。
1966年，北屯标入中华人民共和国新版地图。
1971年1月，北屯镇革命委员会成立，为北屯镇建制之始。
1974年，改北屯镇革命委员会为北屯镇人民政府，隶属阿勒泰县。
1984年11月17日，经国务院批准，撤销阿勒泰县，改置阿勒泰市。北屯镇隶属之。
1998年5月、2002年10月、2010年7月7日，十师三次向兵团上报《关于设立北屯市的请示》，建议采用师市合一的方式设立北屯市。
2011年12月2日，自治区党委副书记、主席努尔·白克力签署自治区人民政府关于北屯设市报国务院会议的文件。
2011年12月20日，经国务院批准，同意设立北屯市，为新疆维吾尔自治区直辖市，按照“师市合一”模式管理。
2011年12月28日，新疆维吾尔自治区北屯市挂牌仪式在十师北屯市举行，新疆维吾尔自治区北屯市正式成立。