Byen ble etablert 29. mai 1958 som følge av Folkerepublikken Kinas første store oljefunn i 1955. De siste årene har Karamay hatt det høyeste BNP per capita i Kina, og sitter på en femtedel av Kinas totale oljereserver. Dette har også vært navngivende: «Karamay» er uigurisk for «svart olje».