昌吉州屬於中溫帶,典型的大陸性幹旱氣候,特點是冬冷夏熱,晝夜溫差大。由於地形條件的影響,從南到北氣候差異很大,南部山區氣候特征明顯。夏季雨量充沛;北方沙漠氣候特征明顯。昌吉州日照充足,年日照時數2700小時,年太陽總輻射133.6大卡/cm2。庫容條件也很充足,≥10℃的積溫為3450℃,其中年平均氣溫6.8℃,10月平均氣溫1.6℃,7月平均氣溫24.5℃。年平均降水量190 mm,夏季明顯多於冬季。全年無霜期為160-190天。
昌吉州自然資源豐富,土地資源1.41.0057億畝,其中耕地1.057萬畝。有天然林370萬畝,木材儲量2300萬立方米;草地9981.3萬畝,其中可利用草地8670.2萬畝。此外,全州還有50多種礦產資源,其中最豐富的有石油、煤、鐵、銅、金、玉石、硝酸砷、天然氣、石棉、鉻、鋅、鋁、池鹽、珍珠巖、應時、石墨、膨潤土、雲母、石灰、沸石和油頁巖。目前已探明油田9個,總面積200平方公裏,將成為國家重要的石油產區。煤、鐵儲量居新疆首位,其中煤炭儲量約250億噸。昌吉州還擁有豐富的野生動物資源,如野馬、野驢、鵝喉羚、山羊、雪豹、馬鹿、雪雞和熊。
早在新石器時代,昌吉地區就有人類活動,創造了燦爛的“四道溝文化”。西漢時,這片疆域屬於西域三十六國之壹的車氏國,後者分前後,這片疆域屬於車氏的後方。公元前102年,漢在西域設立“使者隊長”時,漢軍統治了這壹地區。漢元康四年(公元前62年),在北庭(今吉木薩爾縣)設都尉吳,在位400余年。14年(公元640年),唐朝貞觀建立汀州,轄金曼、輪臺、普壘、西海四縣,相當於今天昌吉州的大部分。長安二年,武侯(公元702年)建立北朝大都護府,管轄天山以北、巴爾喀什湖以南的廣大地區,書寫了古代西域歷史上最輝煌的篇章。宋朝時期,這片領土先後屬於吐蕃和回紇汗國。元憲宗初年(公元1229年),在這壹地區設立“尚書省”。元朝以後,國家衰落,西域四分五裂。這片領土屬於察合臺汗國。公元1697年,噶爾丹被清朝康熙帝滅,這片疆域回歸清朝。乾隆二十七年(公元1762年),這片疆域歸伊犁將軍管轄,後來乾隆在棣華設置鎮地路,管轄這片疆域的大部分地區。光緒十年(公元1884年),新疆建省,昌吉州大部歸迪化州。
1954年7月8日,昌吉回族自治區成立,轄昌吉、烏魯木齊、米泉三縣。1955年3月更名為昌吉回族自治州,瑪納斯、呼圖壁、奇臺、吉木薩爾、阜康、雷姆等縣於1958年納入本州管轄。烏魯木齊縣1959劃入烏魯木齊。1983後,昌吉市、阜康縣、米泉縣相繼設市。至此,昌吉州下轄5縣3市。