维吾尔木卡姆有着漫长的形成和发展历史。新疆古称西域，自古以来就是多民族聚居之地，多种宗教并存传播，东西方文化撞击、交融、荟萃。操多种古代语言的东、西方人种如塞人、月氏、乌孙、羌人、匈奴人、汉人、柔然人、高车人、嚈哒人、吐谷浑人、突厥人、吐蕃人、回鹘（纥）人、契丹人、蒙古人等，都曾先后聚居此地，形成了各民族文化的丰厚积淀。公元前三世纪至公元三世纪，“西域三十六国”在东西方政治、经济、文化交流的作用日益凸显。被称作“丝绸之路”的东西方交通网络，以塔里木南、北缘的绿洲为中转驿站而通达四方，为西域诸地带来了商业和经济的繁荣。

乐舞文化在新疆这块土地上由来已久。在新疆各地的古老岩画中，可以见到大量表现祭祀崇拜活动的原始乐舞形象，它们构成了“木卡姆”音乐现象最早的历史积淀。随着历史进程，南方印度，西方巴比伦、埃及乃至希腊──罗马文明，循丝绸之路传入新疆，与西渐的中原文明相遇、撞击和交融。西域各地的民间艺术得以搜集、整理、规范、发展，乐舞文化空前繁盛。由民间音乐升华，形成于绿洲各城邦国宫廷的音乐名噪一时。

根据史料记载，最晚到中国的唐代初期（公元七世纪），龟兹、疏勒、高昌等地区的乐舞艺术中，已经存在集歌乐、舞乐、器乐（解曲）于一体的“大曲”形式。在隋唐时期宫廷具代表的乐部中，西域乐部占了一半以上，这些乐部都以大曲作为最高形式，可见西域大曲在当时的重要地位。西域大曲以其独特的结构、形式、风格深得国人喜爱，开中原一代乐风，并反过来促进了原发地的歌舞艺术，可以说是新疆维吾尔木卡姆的早期形态。

公元九世纪，回鹘（纥）西迁到达西域，与当地原住居民一起建立了喀喇汗王朝和西州回鹘汗国，回鹘民族的文化机制也从草原游牧转为绿洲农耕，一种新型的“回鹘──西域音乐文化”得以形成，“西域乐舞”亦被融合其中。此后，伊斯兰教开始在新疆境内传播，逐渐成为新疆维吾尔等民族的主要信仰，古代西域文化和波斯──阿拉伯文化的撞击，促进了这一地区音乐文化的变异，西域大曲正是在这个时期披上了木卡姆的“外衣”。随着时代的发展，至迟在公元十四世纪，“西域大曲”的称谓和内涵逐渐被“木卡姆”所涵盖，由此标志着新疆维吾尔木卡姆艺术的确立。

经过长期锤炼，在公元十六世纪叶尔羌汗国（其治所在今新疆莎车县）的宫廷中形成了16套大型的歌舞套曲形式，《十二木卡姆》是其中的精华，其集维吾尔木卡姆之大成，不断演化流传至今，并对其他维吾尔聚居区的木卡姆从形式到内容上产生了深远的影响。更有意思的是，其他样式的维吾尔木卡姆中也存在相互影响，如《吐鲁番木卡姆》、《哈密木卡姆》中均可见到以“多郎”命名的套曲。

由于历史因素，在各地传承的维吾尔木卡姆中还带有民间和宫廷特色。学者们认为：《十二木卡姆》经过宫廷、官府与民间的不断整合而成，现在每一套木卡姆的核心部分──“琼乃额曼”，仍被称为“大曲”，显然出于宫廷，而其他部分则从内容上透露出较多的乡土气息。《哈密木卡姆》和《吐鲁番木卡姆》流传至今的基本样式，曾经为清代的哈密王爷府和鲁克沁王爷府所拥有并得以传承。《刀郎木卡姆》则显现出一直属于民间传承的特征。正是由于处在戈壁荒漠中的农耕文化所具有的各自相对独立的绿洲文化现象，才使得同为维吾尔民族的木卡姆既有内在的密切联系，又形成了各具特色的不同样式。