公元75年，东汉班超率吏士36人赴西域，曾在图木舒克山 麓磐橐城（即托库孜萨来古城，汉语称为九宫殿，后称为唐王城）驻守17年。解放后，1950年，巴楚全县设六区，图木休克区为三区。1958年，图木休克区改为图木休克公社。1960年，自治区农垦厅在图木休克区建立图木休克总场（又称巴楚总场）。1965年，图木休克公社并入图木休克总场。1969年，图木休克总场及其分场、小海子水库及水库管理处等划归农三师建制。1975年，农三师建制撤消，图木休克总场划归喀什地区革委会农垦局。1982年，恢复农三师建制。后经建制的变迁，农三师辖三个灌区和两个山地牧场，图木休克所在地即为原小海子灌区。
地貌特征表现为平原、沙丘等。市内麻扎塔格、图木舒克等山，呈西北—北走向。水资源有突来买提河、克列根河以及小海子水库等。属温带极干旱荒漠气候，日照时间长，昼夜温差大，年平均气温11.6℃，最热月（7月）平均气温25℃～26.7℃，最冷月（1月）平均气温-6.6℃～-7.3℃，年平均无霜期225天，年降水量38.3mm。
