西域的回鹘人汇同其他操突厥语诸族建立地方政权，如高昌回鹘与喀喇汗国。喀喇汗国在10世纪－11世纪时控制今日的新疆西部；同一时期回鹘的一支在今日新疆中部定居，是为高昌回鹘。于阗是古老的塞人居住地，1006年被喀喇汗国灭亡。1132年，辽朝皇族耶律大石躲避金朝人追击，从辽河上游地区转入新疆，建立西辽政权，统治新疆地区八十多年。13世纪初叶—14世纪时，新疆的天山以北地区大部分属于蒙古窝阔台汗国（原乃蛮故地）。今伊犁河流域曾设置阿里麻里（阿力麻里）等处行中书省，但不久就并入察合台汗国（原西辽故地）