Rantau Xinjiang secara umumnya dikenali dengan pelbagai nama sejak awal lagi sama ada dalam bahasa tempatan atau bahasa lain. Antara namanya adalah Alti Shahr, iaitu rujukan Uighur untuk separuh selatan yang merujuk kepada "enam bandar" dalam Lembangan Tarim. Selain itu, ia dikenali sebagai Khotan, Khotai, Tartar China, Tartar Tinggi, Chagatai Timur atau bahagian timur Khagan Chagatai, Moghulistan, Kashgaria, Bokhara Kecil, Serindia kerana pengaruh kebudayaan India dan Rantau Barat dalam bahasa Cina.
Semasa zaman dinasti Han, Xinjiang dikenali sebagai 西域 Xiyu atau Rantau Barat. Antara abad ke-2 SM dan ke-2 M, empayar Han telah mendirikan 西域都護府 Tanah Perlindungan Rantau Barat dalam usaha untuk melindungi laluan perniagaan Laluan Sutera. Pada zaman dinasti Tang, ia dikenali sebagai 磧西 Qixi yang merujuk kepada Gurun Gobi di sebelah Barat. Empayar Tang telah mendirikan Tanah Perlindungan Utama untuk Keamanan Barat atau 安西都護府 Anxi pada tahun 640 bagi melindungi rantau itu. Semasa zaman dinasti Qing, kawasan utara Xinjiang iaitu Dzungaria dikenali sebagai 準部 Zhunbu atau Dzungar dan selatan Lembangan Tarim dikenali sebagai 回疆 Huijiang atau Sempadan Muslim sebelum ia digabungkan dengan rantau yang menjadi Xiyu Xinjiang atau Xinjiang sahaja.
Nama Xinjiang yang kini digunakan dalam bahasa Cina bermaksud Sempadan Baru diberikan oleh Maharaja Guangxu dari dinasti Qing. Menurut laporan Zuo Zongtang, negarawan Cina kepada maharaja Qing, Xinjiang bermaksud 故土新歸 tanah lama yang baru sahaja dikembalikan. Istilah itu juga diberikan kepada kawasan lain yang ditakluki oleh empayar dari China. Sebagai contoh, mukim Jinchuan disebut sebagai Jinchuan Xinjiang. Xinjiang kini sebagai Xiyu Xinjiang dan wilayah Gansu sebagai Xiyu Xinjiang.
Pada tahun 1955, wilayah Xinjiang dinamakan semula sebagai "Rantau Autonomi Uighur Xinjiang". Nama asal yang dicadangkan hanyalah "Rantau Autonomi Xinjiang" sahaja. Saifuddin Azizi, persiden pertama Xinjiang mendaftarkan bantahan yang kuat terhadap nama yang dicadangkan oleh Mao Zedong dengan hujah bahawa "autonomi tidak diberikan kepada pergunungan dan sungai. Ia diberikan kepada bangsa tertentu". Hasilnya, kawasan pentadbiran itu dinamakan sebagai "Rantau Autonomi Uighur Xinjiang".
