Край был образован Постановлением ВЦИК от 30 июля 1930 года путём разделения Сибирского края на западную, с центром в Новосибирске, и восточную часть, с центром в Иркутске.
В Западно-Сибирский край вошли 14 округов бывшего Сибирского края и Ойротская автономная область.
Площадь края составляла 1 263 500 квадратных километров, население насчитывало 8 114 990 человек (городского населения было 1 294 100 человек), 172 района (15 районов Хакасии, Ойротии), 4 390 сельских советов, 18 570 населённых пунктов (24 города, 10 рабочих посёлков, 4 дачных посёлка).
В 1933 году Западно-Сибирский край имел границу с Уральской областью, Остяко-Вогульским национальным округом, Восточно-Сибирским краем, Тувинской народной республикой, Монголией и Казахской АССР.
При этом Президиум ВЦИК 11 августа 1930 года постановил:
«Включить в состав Восточно-сибирского края всю территорию Красноярского округа с г. Красноярском»,
В октябре 1930 года в составе Западно-Сибирского края образована новая Хакасская АО (с центром в Абакане).
В 1931 году в крае после пересмотра сети сельских советов ликвидировали 549 мелких сельских советов.
На 1 января 1931 года в крае проживало 8 307 300 человек (1 180 900 городское население, 7 126 400 сельское население). Плотность населения составляла 6,7 человек на 1 км2. Национальный состав составляли: русские 77,9 %, украинцы 10,6 %, белорусы 2,9 %, мордва 1,4 %, немцы 1 %, татары 1 %, прочие 6,1 %. Площадь края составляла 1243586 км2. В состав края входило: 28 городов, 16 рабочих посёлков, 22720 прочих населённых пунктов, 2 автономные области, 147 районов, 4421 сельский совет.
В 1932 году в крае был ликвидирован ещё 451 сельский совет, в состав края включён Нарымский округ. Упразднили 23 района.
2 марта 1932 года Постановлением ВЦИК было определено, что Битковский и Сузунский районы должны быть объединены с образованием нового Лушниковского района.
Знаменский район ликвидирован с передачей сельских советов: 3 в Родинский район и остальных в Хабаровский. Локтинский район ликвидирован с передачей сельских советов: 4 в Змеиногорский и 10 в Рубцовский районы. Юдинский район ликвидирован с передачей сельских советов: 12 в Чановский и 17 Купинский районы. Яминский район ликвидирован с передачей сельских советов: 3 в Троицкий (Большереченский), 2 в Солтонский, 8 в Тогульский, 1 в Верх-Чумышский районы. Еланский район ликвидирован с передачей сельских советов: 2 в Большереченский, 9 в Татарский, 8 в Иконниковский районы. Саргатский район ликвидирован с передачей сельских советов: 5 в Иконниковский, 1 в Омский, 3 в Большереченский, 6 в Тюкалинский, остальные в Любинский районы. Ужанихинский район в полном составе присоединён к Чулымскому району. Чумаковский район ликвидирован с передачей сельских советов: 1 в Барабинский, 3 в Верх-Назаровский, остальные в Убинский районы. Ишимский район ликвидирован с присоединением сельских советов в Ижморский район, 2 в Зыряновский, 11 в Говский районы. Козульский район ликвидирован с присоединением всех сельских советов к Ачинскому району.
Сусловский район ликвидирован с присоединением 8 сельских советов в Мариинский, 10 в Тяженский районы.
Кузнецкий район ликвидирован: город Кузнецк присоединён к городу Новокузнецку, 15 сельских советов подчинены Новокузнецкому городскому совету.
В составе районов пригородной зоны ликвидированы: Кузнецкий район (с присоединением 2 сельсоветов к Горно-Шорскому, 1 к Крапивинскому и подчинением остальных Сталинскому (Новокузнецкому) горсовету), Ленинский район (с присоединением 18 сельсоветов к Беловскому району и подчинением остальных Лининск-Кузнецкому горсовету), Новосибирский район (с присоединением 9 сельсоветов к Алексеевскому, 7 к Коченёвскому, 5 к Ордынскому и подчинением остальных Новосибирскому горсовету), Омский район (с присоединением 6 сельсоветов к Иконниковскому, 8 к Калачинскому, 6 к Саргатскому, 2 к Черлакскому и остальных к Омскому горсовету), Прокопьевский район (с присоединением всех сельсоветов Прокопьевскому горсовету), Щегловский район (с присоединением 4 сельсоветов к Крапивинскому, 9 к Топкинскому и подчинением остальных к Кемеровскому горсовету), Судженский район (с присоединением 1 сельсовета к Ижморскому, к Тайгинскому и подчинением остальных к Анжеро-Судженскому горсовету).
В апреле 1932 года Постановлением ВЦИК к Томскому району присоединили 10 сельских советов и 6 из Ишимского района.
В мае 1932 года Постановлением ВЦИК определили, что село Спасское переименуют в Венгеровское. Вассинский район переименовали в Тогучинский. Чистюньский район переименован в Топчихинский. Город Новокузнецк стал Сталинском. Бащелакский район переименовали в Чарышский с переносом центра в станицу Чарышскую.
В 1933 году ликвидировали 47 сельских советов. Восстановлен Тарский округ.
На 1 января 1933 года население края составляло 6 140 800 человек.
10 апреля 1933 года ВЦИК постановил «ликвидировать Краснинский и Томский районы края».
Постановлением ВЦИК от 7 декабря 1934 года Тарский округ, Омский, Исиль-Кульский, Называевский, Крутинский, Тюкалинский, Большереченский, Иконниковский, Любинский, Щербакульский, Павлоградский, Черлакский, Калачинский, Усть-Ишимский районы края переданы в состав образованной Омской области. Хакасский автономный округ, Ачинский, Бирилюсский, Боготольский, Ермаковский, Каратузский, Курагинский, Краснотуранский, Минусинский, Назаровский, Ужурский, Усинский районы включили в образованный Красноярский край
На 1 января 1935 года население края составило 10 485 000 человек.
К 1937 году Западно-Сибирский край включал в себя территорию нынешних Кемеровской, Новосибирской, Томской областей, Алтайского края и Республики Алтай.
Постановлением ЦИК CCCР от 28 сентября 1937 года Западно-Сибирский край разделили на Новосибирскую область с центром в Новосибирске (в границах существующих ныне Кемеровской, Новосибирской и Томской областей) и Алтайский край с центром в Барнауле (в границах существующих ныне Алтайского края и Республики Алтай).
15 января 1938 года Верховным Советом СССР утверждено создание Алтайского края и Новосибирской области. Через полгода Верховный Совет РСФСР подтвердил упразднение края.