Nykyisen Ürümqin alue päätyi ensimmäistä kertaa kiinalaisten vallan alaisuuteen 600–700-luvuilla, jolloin kiinalaiset perustivat Beitingin protektoraatin, jonka keskus oli noin 130 kilometriä nykyisestä kaupungista itään. Ürümqin alueelle perustettiin vuonna 640 Luntain piirikunta, josta tuli myöhemmin tärkeä keskus karavaaneille, jotka matkasivat edelleen Ilijoen laakson kautta Turkestaniin. Tang-dynastia vetäytyi alueelta 750-luvulla ja alue päätyi uiguurien ja sittemmin džungaarien hallintaan. Kiina valtasi alueen takaisin džungaareilta Qing-dynastian aikana 1700-luvulla. 1760-luvulla alueen keitaille perustettiin sotilastukikohtia ja vuonna 1763 kiinalaiset perustivat paikalle Dihuaksi nimeämänsä kaupungin, josta tuli tärkeä mantšujen sotilaallinen tukikohta alueella. 1860-luvulla Sinkiangissa syttyi muslimien kapina ja kapinalliset valtasivat kaupungin vuonna 1864. Zuo Zongtangin johtamat kiinalaiset valtasivat kaupungin takaisin vuonna 1876. Sinkiangin maakunta perustettiin vuonna 1884 ja Ürümqista eli tuolloisesta Dihuasta tuli alueen hallinnollinen pääkaupunki. Vuoden 1949 jälkeen kaupunki on kehittynyt myös teollisuuden keskuksena, paljolti lähistöltä löydettyjen luonnonvarojen, kuten kivihiilen ja öljyn, ansiosta. Kaupungissa on ollut jännitteitä sen han-kiinalaisen enemmistön ja uiguurivähemmistön välillä. Esimerkiksi heinäkuussa 2009 levottomuudet johtivat useiden henkilöiden kuolemaan ja satoihin haavoittuneisiin.