石河子一带在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。１５世纪前期，卫拉特进入准噶尔盆地，石河子归其管辖。清初为卫拉特准噶尔部呼拉玛游牧地。清乾隆二十六年（公元１７６１年），行屯田制，始设营屯。清乾隆三十九年（公元１７７４年）招民开垦，石河子一带形成散落式村庄。清乾隆四十三年（公元１７８８年）设绥来县，石河子在绥来县治内。清光绪十年（公元１８８４年），新疆设行省，石河子为绥来县西乡村庄之一。民国三十三年（公元１９４４年），绥来县编设二镇五乡，石河子为五乡之一。１９４５年９月，“三区”民族军进据后，石河子是沙湾县管辖下的一个镇。
中华人民共和国成立后，１９５０年１０月民主建政时，沙湾县将所属五个镇乡编为三个区，石河子为第三区，区公所驻石河子。
１９５０～１９５３年，中国人民解放军新疆军区二十二兵团司令部、政治部机关及其直属队、二十六师、骑兵第八师、军区后勤运输部生产总队、骑兵第七师三十团先后进入石河子一带垦殖，并在新疆军区统一领导下，开始建设石河子新城。
１９５８年１１月，石河子区公所撤销，成立星火人民公社。
１９６１年，经自治区批准，星火人民公社划归新疆军区生产建设兵团。至此，石河子成为以农八师为主体，有兵团石河子生产管理处、工程建设第二师参加的共同开发建设的一个垦区。
１９７５年４月，新疆军区生产建设兵团及其所属师建制撤销，成立石河子地区及石河子市。石河子地区辖石河子市及沙湾、玛纳斯两县，原兵团在石河子的直属企业、事业单位、农八师全部、农七师下野地６个团场及玛纳斯新湖总场划为石河子地区管辖。石河子市析沙湾县石河子镇等地而置，６月１５日宣告成立（国务院批准时间为１９７６年１月２日）。原兵团石河子指挥部所属独立团、五七农场、星火公社及农八师一四五团等单位划归石河子市管辖。
１９７８年９月，石河子地区撤销，石河子市直属自治区管理。
１９７９年２月成立石河子农工商联合企业，与石河子市合署办公，实行政企合一。
１９８１年１２月恢复新疆生产建设兵团，农八师建制同时恢复，与石河子农工商联合企业为同一机构、两块牌子，继续与石河子市实行政企合一、合署办公。
１９８４年９月，自治区党委、人民政府决定，石河子市为自治区直辖市，与农八师合组一个党委，称师市党委至今。
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