第64集団軍の前身は、1929年の広西左右江起義中に張雲逸と鄧小平が創設した紅7軍である。紅7軍は、江西到達後、紅3軍団に編入された。日中戦争時、八路軍第115師独立団に改編され、蒙疆自治政府の首都、張家口を攻撃した。
対日戦勝後、晋冀魯豫軍区第4縦隊に改編され、曽思玉が司令に任命された。国共内戦中は、華北と西北部を転戦し、清風店戦役と石家荘解放戦役で戦功を挙げ、平津戦役に参加した。
1951年、第64軍は第19兵団に編入され、朝鮮戦争の第5次戦役に参加した。第1段階において、右翼突撃集団を担当し、迂回行動を実施したが、経験不足のため任務は達成できなかった。陣地戦段階では、馬良山地区においてイギリス陸軍第1師団を撃破した。
帰国後、遼東大演習に参加。第64軍の第190師は、人民解放軍最初の機械化師団となった。1960年代末、対ソ戦用の重点部隊とされた。1980年代の軍縮中、配下の1個師団が中国人民武装警察部隊に移管され、乙類集団軍とされた。第64集団軍は、2個歩兵師団と1個戦車師団から成り、遼寧省本渓に軍部（司令部）を置いた。
1998年～2000年の軍縮中、中国共産党中央軍事委員会の決定により廃止の対象となった。