2004年，机场二层出港厅启用开放式值机柜台。

2007年2月14日，机场三期改扩建工程可行性研究报告正式通过国家发改委批复。4月18日，国家总投资达28亿元人民币的乌鲁木齐国际机场三期改扩建工程破土动工。

2009年9月29日，机场三期改扩建工程通过验收。12月26日，T3航站楼启用。

2010年3月27日，机场T3航站楼整体启用。6月27日，南航成功试航广州至喀什航线，这是中国最长的一条国内航线。

2014年4月1日，机场T1号航站楼重新启用。

2017年1月，机场正式获批国家进境水果指定口岸、6月14日，机场航站楼“机场速递”业务正式开通。7月8日，乌鲁木齐国际机场跨境电子商务分拣清关中心正式启动运营。

2018年11月，国家发展改革委正式批复乌鲁木齐机场改扩建工程可行性研究报告。

2019年3月22日，乌鲁木齐航空举办夏秋季暨国际新航线推介会，着重对将于5月开通的乌鲁木齐-武汉-新加坡往返航线进行推介，这是该航空公司开通的第二条国际航线。

2019年10月开工建设的乌鲁木齐机场改扩建工程是国家“十三五”规划重点建设项目，包括新建50万平方米的航站楼、2条跑道、9.27万平方米的综合交通中心及相关配套等，整体工程计划在2023年年底完成。

2021年，改扩建工程中的T4航站楼钢屋盖最大提升区提升完成。

2021年12月，无人驾驶行李牵引车在乌鲁木齐地窝堡国际机场完成测试并正式无人化运行，开创了国内机场机坪内常态化应用无人驾驶行李牵引车的先例。

2021年12月28日起，乌鲁木齐地窝堡国际机场试运行“易安检”项目。

2023年2月9日，乌鲁木齐机场改扩建工程已陆续进场施工一个立体多维、陆空一体具有航空特色的生态服务型城市枢纽综合体呼之欲出。4月，乌鲁木齐机场改扩建工程配套附属机务区工程全面开工建设，将打造西北单体规模、跨度最大的飞机维修机库。

2023年7月14日，新疆乌鲁木齐机场改扩建工程T4航站楼内部装修正在进行中。据介绍，乌鲁木齐机场改扩建工程为国家重点建设项目，总投资417.87亿元人民币，分航站区与飞行区两个建设部分。工程全部完工后，乌鲁木齐国际机场将新增两条跑道和177个停机位。

截至2023年6月17日，乌鲁木齐国际机场累计旅客吞吐量突破1000万人次。

2023年，乌鲁木齐地窝堡国际机场年旅客吞吐量在两千万级单跑道机场中排名第一，日均运输起降航班484架次，高峰日当天起降航班581架次，高峰小时保障起降架次41架次，运送旅客6938人次。

2024年1月23日，乌鲁木齐国际机场航班计划达到509架次，其中进港航班255架次，出港航班254架次，旅客总人数达到62102人次。4月28日起，南航计划恢复乌鲁木齐至莫斯科国际往返航线。这是自2019年11月该航线停航以来首次恢复运营，标志着新疆唯一一条通往俄罗斯莫斯科的定期客运航线将正式复航，中俄游客“互访”再添新路径。届时，南航在疆计划执行国际/地区航线将达16条，涉及14个通航城市。5月1日至5日，乌鲁木齐国际机场旅客吞吐量完成35.78万人次，货邮吞吐量完成2004.36吨，保障飞行起降2551架次，同比分别增长8.06%、52.40%、3.66%。当地时间5月24日，阿富汗阿里亚纳航空公司复航喀布尔至乌鲁木齐直飞航班。5月24日，由塔吉克斯坦索蒙航空正式开通胡占德直飞乌鲁木齐的定期国际客运航线。5月27日，西伯利亚航空公司开通新西伯利亚至乌鲁木齐航班。截止5月27日，乌鲁木齐国际机场旅客吞吐量突破1000万人次，达1001万人次，货邮吞吐量累计完成6.5万吨，保障飞行起降7.2万架次，同比分别增长17.6%、40.8%、10.5%。

2024年5月7日，记者从乌鲁木齐临空开发建设投资集团有限公司获悉：乌鲁木齐国际机场改扩建工程T4航站楼及南、中、北指廊屋面工程近日顺利通过验收。7月，乌鲁木齐国际机场T4航站楼项目已进入装修收尾和设备设施联调联试阶段，南航方面在论坛期间表示，南航将于2025年全面转场T4航站楼，在机场运行和天气预警等方面引入人工智能、大数据、云计算等新技术，进一步缩短飞机地面滑行时间，提高对气象研判的准确率。

2024年7月20日，新疆乌鲁木齐直飞格鲁吉亚第比利斯的首条全货运航班正式开通。7月20日至8月24日每周六执行，每周一班，8月24日以后每周六日各一班，每周两班。主要运输的货物是中格两国之间的进出口商品，包括跨境电商快递和新疆特色农产品，将新疆的优质产品，如干果、生鲜肉类等产品推广到国际市场，同时也促进格鲁吉亚当地的特色产品比如红酒和香料的进口，以满足中国国内的市场需求。

2024年7月23日，新疆乌鲁木齐市政府官网发布《关于向广大市民公开征求意见的公告》。民航局规定，机场名称一般不适合使用容易造成误解的多音字，“地窝堡”中的“堡”是一个多音字。根据新疆机场（集团）有限责任公司的申请，经乌鲁木齐市人民政府研究，拟同意将“乌鲁木齐地窝堡国际机场”更名为“乌鲁木齐天山国际机场”。

2024年8月17日，南航乌鲁木齐至伊斯坦布尔国际航线复航。8月18日，欧洲货运航空乌鲁木齐往返英国伯恩茅斯货运航线开通。9月3日，乌鲁木齐至亚美尼亚的定期国际客运航线正式开通。9月6日，马来西亚航空新开吉隆坡至乌鲁木齐的往返航班。

2024年9月12日，中国首条至波兰卡托维兹定期货运航线通航。该航线计划2024年10月1日后每周执飞四至六班次，飞行时间仅需10个小时，显著提升货物运输效率。

2024年9月23日，乌鲁木齐至利雅得货运航线开通。9月30日，新疆机场集团自营乌鲁木齐至第比利斯国际全货机航线首航。

2024年10月1日，乌鲁木齐机场改扩建工程二三跑道已经成型，北航站楼装修进入尾声，东进场高架等部分综合交通项目已通车。随着机场的“大脑中枢”塔台工程及配套附属机务区工程等相继完工，校飞区域道面施工全面完成

2024年10月27日，乌鲁木齐机场改扩建工程二三跑道正式启动飞行校验。

1970年7月，国务院正式批准乌鲁木齐地窝堡国际机场工程项目，并列为国家重点建设工程。扩建主要项目包括跑道工程，站坪工程，航站楼工程，通信、导航、气象工程，助航灯光及供电工程等。第一次改扩建工程在当时称为“8065工程”，这一工程建成了机场的首条长3200米、宽45米的混凝土飞机跑道和长3140米、宽18米的平行滑行道。与此同时，占地一万平方米的T1航站楼应运而生，相应的通信设备、助航灯等也一并建成。至1983年4月全部结束，完成总投资7429.4万元。

1993年至2000年期间，机场进行了第二次改扩建工程，新修了一条长3600米、宽45米的混凝土跑道，飞行区技术等级为4E，可起降当时最大飞机波音747（可容纳400人乘坐），并修建了4.5万平方米的T2航站楼及其他附属设施。

2007年4月18日，国家总投资达28亿元人民币的乌鲁木齐国际机场三期改扩建工程破土动工。2007年至2009年，机场第三次改扩建。2007年占地10.6万平方米的T3航站楼开建，货运机位也陆续建成。总投资24.93亿元的乌鲁木齐国际机场三期改扩建工程，满足年旅客吞吐量1635万人次、货邮吞吐量27.5万吨、运输起降架次15.5万架次的运营需要。2009年9月29日，乌鲁木齐国际机场三期改扩建工程通过验收。

乌鲁木齐机场改扩建工程始于2019年，是中国规模最大的飞行区外借土方运输机场工程，外借土方约1.86亿立方米。乌鲁木齐机场改扩建项目建成后，乌鲁木齐机场全年将满足旅客吞吐量6300万人次、货油吞吐量75万吨，年飞机起降架次将达到45.1万架次。建成后，该机场将全面发挥门户机场高效驱动人流、物流、信息流、资金流的引擎作用，依托乌鲁木齐机场的门户地位，联动综保区、乌陆路港等外向型功能区，构建全方位、多层次、复合型的互联互通网络，成为辐射中亚和西亚，连接欧洲的重要门户枢纽。新建50万平方米的T4航站楼、2条跑道和177个停机位，同步建设空管、航油等配套设施，飞行区技术等级指标为4F。

T4航站楼62号登机桥分上下两层，是全疆最大的登机桥，可以连接A380全球最大宽体客机，主要用于国际航班进出港。

T4航站楼穹顶遮光膜是疆内机场首次使用新材料，透光性更好，有效阻隔紫外线，利用新疆日照时间长的特点，更加节能环保。

乌鲁木齐机场改扩建工程交通中心建筑总面积为34.45万平方米，与航站楼、高架桥、地铁站、停车库互有衔接，是航空枢纽的重要服务平台。其中停车库共设计停车位数量5520个，建成后将是新疆建筑面积最大的敞开式停车库。

截至2016年，运营乌鲁木齐机场定期旅客航班的航空公司达33家，2014年，开通国内航线156条、国际航线27条、地区航线1条，通航15个国家、81个城市，设有4家基地航空公司：乌鲁木齐航空、南方航空新疆分公司、天津航空新疆分公司、海南航空新疆分公司。

2019年11月1日凌晨2点起乌鲁木齐机场对航站楼内运营航司做了调整。

2024年3月31日起，乌鲁木齐地窝堡国际机场开始执行2024年夏秋航季航班计划。

2024年10月27日至2025年3月29日，执行2024/25年冬春季航班计划。

2019年11月1日起，乌鲁木齐机场始发的所有航班值机手续办理截止时间调整为航班起飞前50分钟，登机口关闭时间航班起飞前20分钟。个别正在运营航班值机手续办理截止时间大于航班起飞前40分钟的保持不变。

2011年，乌鲁木齐国际机场旅客吞吐量首次突破1000万人次，达1108万人次。

2016年12月28日，乌鲁木齐地窝堡国际机场年旅客吞吐量正式突破2000万人次。

2023年6月28日，乌鲁木齐国际机场单日进出港航班量达563架次、起降架次创2023年单日最高值，单日运输旅客超9万人次、旅客吞吐量创历史单日最高值，乌鲁木齐国际机场在6月28日至30日期间执行航班2750架次、迎送旅客超40万人次。

2023年1至11月，乌鲁木齐地窝堡机场海关已验放出入境航班2632架次、人员316492人次，同比分别增长306.2%和24.6倍。

2023年12月30日，乌鲁木齐国际机场年旅客吞吐量再创历史新高，达2504万人次，首次突破2500万人次大关。

2024年2月10日-2月17日，乌鲁木齐国际机场保障飞行起降架次0.37万架次，完成旅客吞吐量54.96万人次，日均起降架次468架次，日均旅客吞吐量6.9万人次，较2023年分别增长30%、53.1%，较2019年分别增长8.1%、18.3%。

2024年3月29日，客运航班量突破500架次，旅客吞吐量6.7万余人次，超2019年同期客运量23.6%。7月3日，宽体机航班数量达到127架次，占全天总架次的22.76%，较2023年8月15日的宽体机历史高峰122架次提前了42天。截至7月13日，地窝堡国际机场累计完成旅客吞吐量1406.6万人次，完成货邮吞吐量10.1万吨，保障飞行起降9.9万架次，较2023年同期分别增长14.14%、44.82%、8.58%。7月18日，乌鲁木齐国际机场单日旅客吞吐量首次突破10万人次，达10.1万人次，创通航以来历史新高。8月3日，全疆机场单日旅客吞吐量首次突破18万人次，达18.16万人次。其中，乌鲁木齐地窝堡国际机场运送旅客10.04万人次，各支线机场运送旅客8.12万人次。8月，暑运以来，乌鲁木齐国际机场口岸出入境人员已超13万人次、出入境航班1346架次，出入境人员和航班量较去年同期分别增长59%和109%。

2024年暑运期间（7月1日—8月31日），乌鲁木齐地窝堡国际机场累计运送旅客598.23万人次，实现货邮吞吐量4.74万吨，保障飞行起降3.56万架次，同比分别增长7.53%、53.75%、2.14%，三项指标均创暑运历史新高。

截至2024年9月13日，乌鲁木齐地窝堡国际机场2024年旅客吞吐量突破2000万人次，达2002.96万人次，较2023年提前26天。

2024年10月1日至7日，新疆机场集团共运送旅客106.8万人次，首次在国庆假期突破100万人次，完成货邮吞吐量5613吨，保障航班起降8518架次，分别较去年同期增长11.5%、63.8%、13.7%。

自2017年5月10日起，机场候机楼管理部在T1、T2、T3航站楼行李寄存窗口设置了微信、支付宝扫码支付功能并安装了POS刷卡机。

自2016年10月23日起，机场T1航站楼新增3台自助值机设备正式启用。旅客可直接通过自助值机设备选择座位，并打印出登机牌。如果旅客已通过“航旅纵横”等手机软件网上值机或手机登陆航空公司官网选择过座位，也可按照自助值机提示直接打印登机牌。旅客不仅可以自行选座，而且无需再前往值机柜台排队就能直接通过安检等候登机。

（1）T1航站楼自助值机可办理的航空公司为GS天津航空、PN西部航空、8L祥鹏航空、JD首都航空、BK奥凯航空、DZ东海航空、QW青岛航空、GJ长龙航空、KN联合航空。9C春秋航空、AQ九元航空无法在自助值机办理，需前往春秋、九元专柜办理。

（2），自助值机办理登机牌的时间是起飞时间前3小时至起飞时间前50分钟。如需联程值机的旅客、携婴儿或儿童的旅客及需要申请特殊服务的旅客，请前往值机柜台办理相关手续。

2019年12月11日7时许，乌鲁木齐国际机场展开空铁联运特别行动，将200余名旅客通过高铁动车有序转运至吐鲁番机场乘飞机离开新疆。

按照新疆机场集团乌鲁木齐国际机场分公司的要求，旅客服务部按程序启动空铁联运预案，安排16名工作人员参与组织、服务保障211名旅客乘高铁到吐鲁番机场。

根据2017年10月机场官网信息显示，机场高峰发车间隔为3-4分钟，平峰发车间隔为4-5分钟。市区1元（电子钱包0.9元、使用成人月票卡、老年卡、学生卡），22:00之后市区票价1.5元（电子钱包1.35元，不使用成人月票卡、老年卡、学生卡）。

2017年9月25日，乌鲁木齐地铁1号线铁路局至机场轨道双线铺通。地铁1号线全长27.6公里，是一条南北向的连通乌市老城区、高新区（新市区）和主要对外交通枢纽的骨干线路。该线路于2014年3月20日开建。

2018年10月25日（国际机场-八楼）开通试运营，2019年6月28日（八楼至三屯碑站）开通试运营。

（1）红山发车地点： 红山南航明珠酒店门口，7:00至10:00为每小时一班，整点发车。10:00至22:00，每小时两班，整点、半点发车，中途不停车。

（2） 火车站发车地点：火车南站广场雕像旁，07:30至21:30，每半小时一班，整点半点发车。

根据2017年10月机场官网信息显示，机场08:00至11:00为一小时一班，11:00至01:00，15至30分钟一班，客满随时发车。01:00后随航班动态发车。

沿途站点：木材厂 、水泵厂、油运司 、医学院、友好、明园、红山、碾子沟、长江路、火车站 。

根据2017年10月机场官网信息显示，机场出租车起步10元，每公里1.3元。

根据2017年10月机场官网信息显示，机场T1停车位218个：小型车车位210个，大型车车位8个；T2停车位451个：小型车车位444个，大型车车位7个；T3停车位1209个：小型车车位1161个，大型车车位48个。

 根据相关规定，新疆机场（集团）乌鲁木齐地窝堡国际机场自2017年10月1日起执行15分钟免费停放优惠政策。

1、24小时（含24小时）及以内机动车辆停放服务收费标准

（1）小型车7座（含7座）以下，停车1小时以内按8元计收。超过1小时后，每小时加收4元，不足1小时按1小时计收，依此累计，最高收费不得超过20元。

（2）中型车7座以上，17座（含17座）以下，停车1小时以内按10元计收。超过1小时后，每小时加收5元，不足1小时按1小时计收，依此累计，最高收费不得超过25元。

（3）大型车17座以上，停车1小时以内按15元计收。超过1小时后，每小时加收5元，不足1小时按1小时计收，依此累计，最高收费不得超过30元。

（4）接送货物车辆，4吨（含4吨）以下的按中型车收费标准执行，4吨以上的按大型车收费标准执行。

2、24小时（昼夜）以上机动车辆停放服务收费标准

不分小型、中型和大型车辆，停放服务费每日每车收费40元，不足1日按1日计收。

2016年，乌鲁木齐国际机场总体规划（2016年版）正式获中国民航局与自治区人民政府的联合批复，2017年8月8日，国家发展改革委发布关于乌鲁木齐机场改扩建工程项目建议书的批复。

规划将乌鲁木齐国际机场定位为国际航空枢纽机场。规划按照满足近期2025年旅客吞吐量4800万人次、货邮吞吐量55万吨、飞机起降36.7万架次的需求进行规划；按照终端年旅客吞吐量6300万人次、货邮吞吐量100万吨、年飞机起降45.1万架次进行控制。机场终端规划用地面积1943公顷。根据总体规划，近期在现跑道北侧规划第二、三跑道，飞行区指标为4F，规划建设北区航站楼40万平方米，规划机位282个；终端结合航空业务量发展在北区航站楼西侧规划建设南、北卫星厅，总建筑面积15万平方米，增加机位48个。

根据《乌鲁木齐国际机场北区改扩建工程环境影响评价第一次公示》显示，乌鲁木齐国际机场拟在现有第一跑道北侧新建第二、第三两条跑道,并计划新建45.5万平米的北区T4航站楼。此改扩建工程位于乌鲁木齐市地窝堡乡，距市中心16.8公里，工程项目总投资428.429亿元。

工程内容主要包括：新建一条长3600米、宽60米的第二跑道；新建一条长3200米、宽60米的第三跑道，两条跑道的飞行区等级指标均为4F；新建面积为45.5万平米的北区T4航站楼，其他各项配套工程同步建设。

根据2018年11月《国家发展改革委关于乌鲁木齐机场改扩建工程可行性研究报告的批复》内容显示，工程总体设计目标年为2030年，飞行区设施按满足2030年旅客吞吐量6300万人次、货邮吞吐量75万吨的目标一次建成，航站区设施按照满足2025年旅客吞吐量4800万人次、货邮吞吐量55万吨的目标建设，预留发展条件。主要建设内容包括：机场工程、空管工程、供油工程。项目总投资421.14亿元。

2019年，作为国家“十三五”“十四五”重点建设项目、丝绸之路经济带核心区“一港五中心”建设的重点工程——乌鲁木齐机场改扩建工程正式开建。建设内容包括飞行区新建两条等级为4F的跑道，满足A380飞机起降，173个机位的站坪。同时新建50万平方米的航站楼，9.27万平方米的综合交通中心，25.19万平方米的停车楼等。工程计划2024年建成。

2009、2012、2013年，机场获“自治区团建工作先进单位”称号。

2013年，新疆机场获“全国厂务公开民主管理先进单位”称号。

2021年8月，中建三局乌鲁木齐国际机场北区改扩建工程项目部被命名为“第20届全国青年文明号“。

乌鲁木齐地窝堡国际机场与中亚、南亚、欧洲空中距离较近，促进了新疆地区经济社会协调发展，作为新疆打造丝绸之路经济带核心区交通枢纽中心的重要支撑，机场国际航空枢纽建设起到重要作用，是内地人流、物流进入中亚市场的重要门户，也是西亚、中亚地区货物、客流进入新疆并流向内地的主要通道，构建的新疆合理的机场网络体系与航空运输体系有助于充分发挥民航对新疆社会经济发展的综合服务功能。