中国工农红军西路军总支队旧址位于乌鲁木齐市五星路2号、4号、5号和西后街58号，共四组土木结构的民用平房，均为穹洞式大门。其中总部所在的5号院落占地面积为1436平方米。该旧址现今为新疆生产建设兵团第二中学、乌鲁木齐市第27中学、兵团医院、兵团汽车运输总站等单位。
红军长征取得胜利后，红军西路军奉党中央和中央军委命令，着手打通河西走廊经新疆到苏联的国际通道。因国民党军马步芳、马步青的骑兵部队围追“兜剿”， 西路军孤立无援、寡不敌众，兵败祁连山下，只有西路军左支队余部在李卓然、李先念、程世才等率领下，于1937年4月陆续抵达星星峡，在中共驻新疆代表陈云接应下到达新疆。左支队余部先驻扎在迪化（今乌鲁木齐）人民公园西侧的阜民纱厂(今新华印刷一厂)和今人民公园里的丹凤朝阳阁内，后来迁入小东门外的西后街。时值抗日战争时期，国共合作，西路军左支队整编为西路军总支队，下设干部队和四个大队，对外称“新兵营”，隶属盛世才部队编制。1937年至1940年，西路军总支队遵照党中央“严守纪律，安心学习”的指示，在新疆有计划地进行军事、文化、政治理论学习，特别是系统地学习炮兵、无线电、装甲车、汽车、航空等现代化军事技术。1940年1月奉党中央指示，大部分人员分批返回延安，奔赴抗日前线。剩下的一部分人员被抽调参加新疆政府部门工作，后来被盛世才投入监狱，1946 年6 月，在党中央的营救和爱国将领张治中先生（时任国民政府西北行辕主任兼新疆省主席）的努力下，连同伤残人员和其他方面的中共党员131 名（途中病逝2 名）集体返回延安。
1999年，乌鲁木齐市委、市人民政府决定依照西后街58号院落（原中国工农红军西路军总支队医疗通讯班）原貌在西后街37号复原重建，并定名为中国工农红军西路军总支队纪念馆。2001年6月30日正式开馆，展厅由 17 个房间合抱的四合院构成，展厅内陈列有近200张历史图片和10件西路军左支队官兵们使用过的武器、生活用品以及书籍等实物。展厅内容分《长征胜利，奉命西渡黄河》、《组建西路军，血沃征程路》、《进驻新疆，再创辉煌》、《永恒的精神》4 个部分。
