兄阿史那步真欲自立为可汗，遂谋杀弥射弟侄二十余人。阿史那弥射和阿史那步真不相容，以贞观十三年（639年）率所部处月、处密部落投靠唐朝，授右监门大将军。阿史那弥射跟随太宗征高句丽有功，封平壤县伯。显庆二年（657年），转右武卫大将军。闰正月二十一日，唐高宗发大兵，分南北两路讨伐西突厥，北路的主帅是苏定方，南路则由阿史那弥射和左屯卫大将军阿史那步真统领。西突厥汗国亡后，唐朝在当地设置了昆陵、蒙池两个都护府，以阿史那弥射为左卫大将军、昆陵都护、兴昔亡可汗，统辖咄陆五部。662年，阿史那弥射被阿史那步真诬告被杀