汉初年，匈奴崛起，迫使大月氏西迁伊犁河谷，塞迦南迁。后元四年（前160年）前后，乌孙西迁伊犁河谷等地，建乌孙国。元封元年（前110年）汉朝与乌孙结盟。前60年，汉朝设立西域都护府。552年，突厥首领土门灭柔然汗，在蒙古高原建立了突厥汗国，土门的弟弟室点密在此地区建立西突厥汗国，自称为可汗。牙帐设在今伊犁特克斯河流域，史称西突厥。显庆三年（658年），唐朝灭西突厥，置昆陵都护府、蒙池都护府，伊犁等地归北庭大都护府管辖。唐代后期，伊犁地区的主体民族为突厥旧属葛逻禄部。葛逻禄与回纥联合建立了喀喇汗王朝。