西周时期，甘肃一带分布着一些游牧部落，称为鬼方和俨允。他们经常向东南袭击，与周发生过多次战争。《诗经》中就有一些篇章描写周朝抗击俨允的战事。最后西周为犬戎所亡，史学家认为这里所说的犬戎或许就是俨允。 
  
　　秦汉以来，匈奴兴起，统治区东起今朝鲜边界，横跨蒙古高原，向西与氏羌相接，向南延伸到河套。从甘肃到居延海、祁连山均为匈奴所有。汉王朝与匈奴在河西走廊发生过多次战争。汉武帝派霍去病两次出击，沉重打击了匈奴右部，匈奴浑邪王杀休屠王，率部四万余人归汉。汉王朝在他们的故地设立武威、张掖、酒泉、敦煌四郡。这就隔断了匈奴与青海附近羌人的联系，沟通了汉朝和西域的交通。公元119年，卫青霍去病率兵把匈奴主力赶出塞外二千余里，使匈奴再不敢在漠南立王廷。汉军占领了朔方以西至张掖、居延间的大片土地，保障了河西走廊的安全。汉朝在这一地区大量移民戍兵屯田，又在今甘肃永登到敦煌一线，修起了屏障河西走廊的长城。敦煌以西到罗布淖尔，也修建了亭燧（峰火）。 
  
　　西汉以来，玉门关和阳关（在敦煌县西南，玉门关之南）以西即现在的新疆地区，一直被称作西域。西域境内以天山为界，分为南北二部，南部为塔里木盆地，北部为准噶尔盆地。西汉初，西域共有三十六国，绝大多数分布在天山以南塔里木盆地南北边缘的绿洲上。一般以城郭为中心，兼营农牧，各国语言不同，每国人口只有几千人到两三万人。人口最多的是龟（qiti）兹（Ci），才达到八万人。最少的才几百人。后来河西地区的乌孙向西迁徙，占领了伊犁河流域，有63万人口。西汉初这些国家均被匈奴征服。与西域相邻的中亚各国中，有大宛，盛产稻麦、葡萄和良马。大宛西南是从河西迁来的大月氏（Zhi）。大月氏以西的安息是一个强大的国家。安息北边是游牧的康居人。 
  
　　汉武帝听说大月氏想报复匈奴，便募使出大月氏，想联合他们夹攻匈奴。汉中人张赛应募，公元前138年，率领一百余人向西域进发。在途中被匈奴俘获。他保留汉节，在匈奴十几年，最后带众人逃脱，往西走了几十天到达大宛。这时大月氏已从伊犁河迁到中亚，比较安乐，觉得离汉太远，也不想再报复匈奴。张骞不得要领，住了一年多后回汉朝，途中又被匈奴扣留一年多，前126年回到长安。这次使西域前后达十余年。前119年，张骞再度出使西域，目的是招引乌孙回河西故地，并与西域各国联系。但到乌孙后未达目的。前115年偕同乌孙使者几十人返抵长安。随后被张骞派到大宛、康居、大夏等国的副使，也都同这些国家的使者一起回到长安。从此以后，汉同西域的交通频繁起来，汉王朝派到西域去的使臣，每年多的十几批，少的五、六批，他们带着一些货物，实际上也是商队。但在路上，常遭到被匈奴控制的一些国家拦截抢劫。汉朝为打破匈奴对西域的控制，屡次在这里与匈奴发生战争，还与乌孙和亲，使乌孙成为箝制匈奴的重要力量。后来匈奴分裂，逐渐削弱。到汉元帝时，匈奴势力在西域消失，汉和西域的通道才得以畅通，天山南北地区第一次与内地联为一体，这在中国历史上具有非常深远的意义。除此以外，中原同西域及中亚之间，经济文化联系日益密切。西域的葡萄、石榴、首蓿胡麻、胡瓜、胡蒜、胡桃等陆续向东移植，西域的良马、骆驼、各种名贵的毛织品也都源源东来。佛教和佛教艺术经中亚传到西域，再向东土传播，对中国文化产生很大影响。中原地区则向西域输送大量丝织品和金属工具，并把铸铁、凿井的技术传到西域。东汉初，西域分割成55个小国，有的又受制于匈奴，不久天山南道被匈奴控制。汉明帝时，东汉开始发动进攻匈奴的战争，并派班超出使南道各国，争取他们与匈奴断绝关系。班超这次成功地控制了鄯善、于阗、疏勒等国，并留驻西域，在东汉两次援兵以及于阗等国的兵力支援下，迫使匈奴的势力退出南路。到和帝时，他又乘东汉连破匈奴主力的良机，使天山北路的龟兹各国降汉，最后西域五十多国全部属汉，班超因此受封为定远侯。班超在西域期间，还曾派首英出使大秦（古罗马），甘英到达波斯湾，被安息阻拦，只得退回。班超留居西域三十年，用各种方法帮助西域解除匈奴贵族的束缚，使西域与内地联为一体。他死以后，他的儿子班勇进驻西域，陆续打退匈奴残余势力，沟通西域道路，并写了《西域记》一书。直到东汉末年，王朝无力控制西域，交通才又断绝。近几十年来，西域地区出土了大量汉代的精美丝织物。铜镜、钱币、铁工具、农作物、简犊（文书）等，可以看出当时西域商人和中亚南亚商人沿着西域大道，向内地运来毛皮、毛织物、香料、珠宝，交换内地丝织物和铜铁器的情景。 
  
　　魏晋南北时期，西域天山以北的游牧地区，常被鲜卑、柔然、突厥等族所控制。天山以南也常受北方强族侵犯，但经济生活有所发展，农业和冶铁业已较进步。其中高昌国有不少汉人，文字主要用汉文，风俗也与华夏大同小异。这时西域各国佛教很盛，于阗、龟兹是西域佛教的中心。著名的龟兹乐也传入内地北朝。天山以南各国与内地常有政治联系。北魏时，中原与西域的交通曾一度重新恢复。北朝后期（北齐、北周时），阿尔泰山的突厥族强大起来，领地从辽海以西到里海万里，南从沙漠以北到贝加尔湖，占地五六千里。各地分立许多可汗，并对中原北方边境经常骚扰，构成了严重的威胁。 
  
　　隋代对经营河西、沟通西域，作了很大的努力。炀帝大业五年，曾在张掖筹划二十七国交易会届帝亲自出巡河西。隋唐之交，突厥不时南侵。唐太宗在贞观四年消灭东突厥。后突厥又一度复兴。天宝四年（745），东突厥被回鹘所灭，突厥人大部分并入回鹘，一部分西迁中亚，也有一部分转入内地。回鹘是铁勒族中的一支，住在色楞格和鄂尔浑河流域，也有一部分住在天山一带。东突厥衰亡后，回鹘逐渐强大，后渐成为西域的主要居民。 
  
　　隋及唐初，天山以北、阿尔泰山西南是西突厥人和部分铁勒人等生活的地区。唐高宗时消灭西突厥后。天山以北从今塔城到乌鲁木齐一带，设置了许多唐朝的州府，并在天山以南的高昌设立了西州，在吉木萨尔设北庭都护府，在龟兹设安西都护府。天山以南的各族文化，对内地有不小的影响。盛唐时期，西域人民与唐朝关系十分友好。长安流行胡乐，胡食、胡服，文人们向往西域的广阔天地。各族文化的交流促进了唐代音乐、舞蹈、诗歌、绘画的繁荣。安史之乱时期，回鹘贵族曾两度派兵协助唐政府军作战。为了和吐蓄争夺西域，回鹘极力支持唐在北庭、安西的驻屯军。中唐贞元六年，吐轰击败回鹃，占领北庭安西。晚唐开成五年，回鹘西北的黠戛斯人攻占回鹘都城，迫使回鹘大部分向西迁。迁到酉州的是主要的一支，称作西州回鹘，另一支迁到河西走廊，称作甘州回鹘。另一支迁葱岭以西，从10世纪半到13世纪，建立了一个强大的哈喇汗王朝，辖地包括今喀什和于阗。迁往河西的回鹘，以甘肃张掖为中心，后来曾变成西夏的附庸，元代直接为蒙古人所统治。迁往西州的回鹘以吐鲁番盆地为中心，西到龟兹，东接甘肃，北越天山，南到大沙漠，后来一度成为西辽国的附庸，不久又被蒙古征服。西州回鹘又被称为畏吾儿。甘州、西州、喀什噶尔从很早以来就是东西亚陆上交通的咽喉，回鹘人移居到这里后，就成为一个善于经商的民族。他们和宋、辽、金人大量做买卖。五代和北宋的马主要是从回鹘购买的。回鹘在西迁前主要信摩尼教，西迁初期信佛教。但后来哈喇汗国邻近阿拉伯，所以他们首先改信伊斯兰教。10世纪后半叶，伊斯兰教又随同哈喇汗国回鹘势力向东发展进入喀什，传入和田，并传到高昌。13世纪初，西迁的回鹘已大多成为伊斯兰教徒了。古回鹘文也渐改变成阿拉伯文字。从10世纪后半到12世纪，哈喇汗王朝的文化发展到极盛时期。他们已掌握了刻板印刷的技术，并且在文化艺术上能把东西方的某些特点熔为一炉。 
  
　　元代西域地区为蒙古族所征服。但畏吾儿各城市都各自为政，互不相属。地大的称国，小的只称地面。明初西域向中央王朝称臣奉表的有七八十部之多。明朝在这里设立卫所，其中哈密与明朝关系最密切。明政府封哈密统治者为忠顺王，命他总管西域进贡的事务。但这时蒙古瓦刺部仍不断侵扰西域。明中叶后对西域的控制日益松弛。嘉靖年间放弃了哈密，但相互贸易始终没有中断。 
  
　　清代康熙年间，住在天山北路的厄鲁特部中比较落后的一支准噶尔部开始强大，封建领主噶尔丹合并了厄鲁特四部，占领天山南路各城，到处烧杀掠夺。康熙二十九年、三十四年、三十六年，清廷三次出兵与噶尔丹军进行激战。噶尔丹被击败后，他的侄子策妄阿拉布坦又在北疆纠集准噶尔部继续与清为敌，控制了天山南、北路地区，还率兵攻入西藏，使西藏完全陷于准噶尔之手。康熙末年，清廷再次派兵击败准噶尔，西藏在雍正乾隆时稳定下来。但准噶尔仍不断与清军对抗，直到乾隆二十二年才被全部平定。清朝在天山北路的统治得到巩固，原来准噶尔的属地也归入了清朝的版图。 
  
　　居住天山南路的维吾尔族这时早已进入封建社会，农业、畜牧。园艺、纺织业都很发达。准噶尔部统治时期，一度变得十分荒凉。准噶尔部被平定后，各城市的维族首领号召起兵反清，但逐渐失掉人民的支持。乾隆二十五年，天山南路平服，各地分驻大臣，以巩固清廷对这里的统治，并规定了较轻的赋税。至此新疆已全部归入清朝的领土。