清朝统一新疆后，1762年10月，设伊犁将军（全称总统伊犁等处将军），任命明瑞为第一任伊犁将军。当时，清朝在新疆的军政管辖体制是一种军府制度，伊犁将军是全疆的最高军事长官，兼管行政，下设都统，参赞、办事、领队各级大臣，统辖全疆和归附于清朝的哈萨克各部。

在清代，现今的伊犁哈萨克自治州各地区并未在统一的行政区之内。阿勒泰地区原是筑城屯兵的重地，又是北面进入新疆的要道，战略地位十分重要。所以在未设伊犁将军之前，该地区就由乌里雅苏台定边左副将军飞行员下的科布多参赞大臣管辖。以后，设阿尔泰力事大臣，驻承化寺（今阿勒泰）。伊犁、塔城地区归伊犁将军统领。将军府起初设在绥定城，后因绥定城规模较小，难以容纳众多的衙署和驻兵，遂于1765年移驻惠远城，并以惠远城为中心，相继在其周围建起宁远城（今伊宁）、惠宁城（今伊宁市巴彦岱镇）、塔勒奇城（今霍城县境内）、瞻德城（今霍城县清水河镇）、广仁城（今霍城县芦草沟）、拱宸城（老霍城县城）和熙春城（今伊宁市西城盘子），史称“伊犁九城”。与此同时，在塔城地区修建了肇丰，用为参赞大臣的驻地。1766年，参赞大臣阿桂将城移于楚呼楚，建绥靖城（今塔城）。

1860年11月，沙俄趁英法联军发动第二次鸦片战争，借口调停有功，迫使清政府签订《中俄北京条约》，把历来属于中国的伊犁西部巴尔喀什湖以东以南的大片领土，强行划入沙俄版图。到1871年6月，沙俄借口追索我国哈萨克阿勒班部落的首领扎别克为名，乘机用武力入侵伊犁。伊犁各族人民奋起抵抗，但因力量悬殊，抗俄斗争遭到失败。7月，沙俄侵略军以“代收代守”为名，完全侵占了伊犁九城。各族人民不畏强暴，不受欺骗，坚决同俄侵略者展开各种形式的斗争。

1876年清迁派左宗棠率大军进疆，消灭了盘踞在北疆的阿古柏匪帮。一年之后，清军又迅速收复了南疆，粉碎了沙俄继续霸占伊犁的阴谋。以后又经过反复交涉，到1882年2月，饱经沙俄殖民统治的伊犁各族人民，终于回到祖国的怀抱。

1884年10月，清朝政府正式批准新疆建省。首先，对军政制度作了重大改革，取消军府制和伯克制，代之以兵备道和府、州、县制，新疆的政治中心由伊犁移至今乌鲁木齐。伊犁将军虽仍存在，但改称“伊犁驻防将军”，其权力和管理范围大大缩小，不再总统全疆军务，只管伊犁、塔城的军事和防务，与新疆巡抚不相统属。以后，又设置了伊塔首、伊犁府及宁远、绥定县和塔城直隶厅、精河直隶厅。

民国时期

1911年10月的辛亥革命运动，很快波及到了伊犁。1912年1月7日，以伊犁陆军协统杨缵绪为首的革命党人发动起义，迅速击溃驻防清军，占领将军府所在地－－惠远城，枪决伊犁将军志锐，组织汉、满、蒙、回、藏“五族共进会”，成立伊犁临时政府。接着派出革命军继续东征，在精河击败反对革命的清军，迫使新疆巡抚袁大化宣布实行共和体制，从而结束了清朝在新疆的专制统治。但是，由于伊犁革命党人软弱、妥协，加上新封建军阀杨增新的诱骗、胁迫，伊犁临时政府与其签署了议和条款，承认杨增新为全疆最高军政长官－－都督，拱手让出了政权。

杨增新上台以后，为了推行独裁专制，遂逐步把伊犁镇边使改为镇守使，把伊犁四领队大臣改为四领队官；把塔城参赞改为道尹，完全归新疆都督管辖。另在阿尔泰设办事长官。1916年，将伊塔道改设为伊犁、塔城两道。1919年，又将阿尔泰地区改为阿山道，归新疆统辖。