Дивизия была сформирована согласно приказу Народного Комиссариата обороны СССР от 8 июля 1940 года в Орджоникидзе в СКВО.

На 22 июня дивизия входила в состав 64СК дислоцирующегося в Северной Осетии (165 и 175сд). Корпусом командовал генерал-майор А. Д. Кулешов. Сразу же после начала войны дивизии 64-го корпуса пополнили до штатного расписания. Каждая дивизия стала насчитывать около 14 тыс. человек. В 165-ю дивизию было зачислено около 5 тыс. призывников, в основном уроженцев Осетии.

В последних числах июня 64-й корпус по железной дороге отбыл на фронт, и к концу первой недели июля части корпуса начали выгружаться под Киевом. 12 июля 165 сд находилась в процессе выгрузки в Броварах после передислокации из Северо-Кавказского военного округа. На следующий день она получила приказ командующего Юго-Западным фронтом, согласно которому должна была обеспечить оборону переправ через Днепр, для чего ей предписывалось сосредоточиться в районе Софиевка — Глыбокое. Штаб дивизии должен был расположиться в Воронкове.

В это время на Юго Западном фронте шли тяжелые бом. 6-7 июля 1ТГр Клейста прорвалась через линию укрепрайонов на старой границе 1939г. Немецкие танковые соединения ворвались в Бердичев и Житомир. Если Бердичевскую группировку удалось удерживать до 15 июля контрударом свежего 16 механизированного корпуса, то из района Житомир с 12 июля немецкие войска начали наступление на восток к Киеву и юго-восток к Фастову и Белой Церкви. С 13 июля управление 26-й армии выводилось в район Канева чтобы объединить находившиеся здесь войска и прибывающие резервы. В её состав и вошла 165сд.

17 июля части 64-го стрелкового корпуса, которому подчинялась 165 сд, получили приказ начать наступление с целью уничтожить мотопехоту противника, действующую в районе Жерновки, Плесецкого и Мостищ. 165 сд должна была наступать во втором эшелоне и, выйдя к исходу 18 июля в район Фастова, занять оборону на левом фланге корпуса. Её 562 сп назначался в резерв командира корпуса.

19 июля 165 сд, находясь в движении на Фастов, прошла Мытницу. 22 числа она вела бой на рубеже Большая Снетинка — Клеховка — Винницкие Ставы.

К 25 июля 165-й дивизия держала оборону вдоль дороги Бе­лая Церковь – Киев. 25 июля был отдан приказ на продолжение наступления. 165 сд с приданными ей средствами усиления, без 560 сп, должна была наступать в направлении Марьяновки и Гребенок и к исходу дня выйти на фронт Винницкие Ставы — Гребенки. Однако наступление было остановлено контратаками противника, и 165 сд заняла оборону на фронте Большая Снетинка — Марьяновка.

26 июля она двумя полками обороняла участок Клеховка — Марьяновка — Ксаверовка. Её третий полк наступал в районе Пинчуков. В 14.30 противник повел наступление на юго-западную окраину Марьяновки, но был отбит ружейно-пулеметным и артиллерийским огнем.

30 июля против частей корпуса и правого фланга 26-й армии началось наступление XXIXAK немцев (75-й, 44-й, 71-й и 95-й пд). Им удалось оторвать левый фланг 64 ск от 26-й армии. В ночь на 31 июля части 64 ск под напором четырёх немецких дивизий, поддерживаемых авиацией, понеся большие потери, отошли на частично подготовленный рубеж. 165 сд с наступлением на неё противника начала отход с занимаемых позиций, утратив связь со штабом корпуса и «допустив хаос в тылах». К исходу дня дивизия приостановила отход и закрепилась на рубеже р. Сгущи.

Командующий Юго-Западного направления С. Будённый в приказе № 034/оп от 1 августа 1941 года отмечал: «Уже продолжительное время 64 стрелковый корпус показывает низкую боеспособность. Обе дивизии этого корпуса и особенно 165 при первом появлении противника оставляют поле боя. 31 июля 165 дивизия вновь не выполнила боевой задачи и отошла на линию Васильков».

В течение 1 августа части корпуса сдерживали наступление противника, 165 же дивизия, оказывая лишь незначительное сопротивление, самовольно отошла в северном и северо-восточном направлениях. Остановить бегство и привести дивизию в порядок удалось в районе Хотова, для чего применялись самые жёсткие меры, вплоть до расстрела. В результате отхода дивизии с утра 3 августа небольшие отряды немцев проникли за передний край Киевского УРа, но были отброшены.

3 августа 165-я стрелковая дивизия у Жуковки была выведена на восточный берег Днепра, где заняла оборону на рубеже Бортничи — Процев. По состоянию на 6 сентября 165 сд продолжала оборонять днепровский берег на указанном рубеже.

15 сентября подвижные соединения 1-й и 2-й танковых групп противника соединились в районе Лохвицы, завершив окружение значительной части войск ЮЗФ. 37-я армия, в которую на этот момент входила 165 сд, вместе с 5-я, 21-я, 26-я армиями оказалась в котле. Вместе с другими частями 37-й армии 165 сд начала 17 сентября отступление на восток, стремясь вырваться из кольца. Войска двигались в общем направлении на Яготин и Пирятин. В двадцатых числах сентября немцам удалось ликвидировать котёл. 165-я стрелковая дивизия полностью погибла в окружении, было утрачено знамя и штабные документы. 27 сентября под Березанью в плен попал и командир дивизии И. В. Захаревич.

В декабре 1941 года дивизия была расформирована как погибшая.