בין האימפריה הרוסית והאימפריה הפרסית, שנחתם בשנת 1805, הפכה חאנות קרבאך (כולל נגורנו קרבאך) למדינת חסות של האימפריה הרוסית. מעמדה זה קיבל אשרור בהסכם גוליסטן משנת 1813, בה למעשה האימפריה הפרסית ויתרה על השליטה בה עוד לפני שהשליטה על כל עבר הקווקז עברה לידי האימפריה הרוסית בהתאם להסכם השלום של טורקמנצ'אי (1828). בעקבות הסכם השלום הייתה תזוזה של אוכלוסיות בין שתי האימפריות כאשר אזרים מוסלמים מצד אחד היגרו לתחומי האימפריה הפרסית וארמנים נוצרים מהאימפריה הפרסית היגרו לתחומי האימפריה הרוסית. ההגירה חידדה את המאזן הדמוגרפי בנגורנו קרבאך.
השלטון הרוסי.
בשנת 1822, התפרקה חאנות קרבאך רשמית והפכה לחלק מפלך אליזבטפול של מלכות המשנה של הקווקז. הגישה המסורתית של האימפריה הרוסית לאזור הקווקז הייתה ניצול הסכסוכים בין הקבוצות האתניות לשם קידום השפעתה של האימפריה הרוסית. מגמה זו נמשכה במדיניות "הפרד ומשול" גם בתקופת השלטון הסובייטי בקווקז.
התפוררות האימפריה הרוסית והקמתן של מדינות עצמאיות לזמן קצר, הרפובליקה הדמוקרטית של אזרבייג'ן מחד והרפובליקה הדמוקרטית של ארמניה מאידך, בשנת 1918, הביאה לניצני הסכסוך, והוא נמשך עד לכיבוש הסובייטי של הקווקז. הסכסוך הטריטוריאלי לא שכך עד 1920, כששתי המדינות הצעירות הפכו לחלק מברית המועצות. במהלך תקופה זו, אזרים רבים נהרגו בידי ארמנים.
בשנת 1924 הכריז השלטון הסובייטי על קרבאך כאוטונומיה בתוך שטח אזרבייג'ן. הסיבה לכך יכולה להיות נעוצה מהרצון של השלטון הבולשביקי החדש לרצות את טורקיה תחת מנהיגותו של אתאטורק ולהעניק לאזרבייג'ן העשירה בנפט והמוסלמית-שיעית מעמד בכורה ושליטה על הארמנים והנוצרים שבתוכה, או ממדיניות הפרד ומשול המסורתית של השלטון הרוסי או משניהם גם יחד.
השינוי הדמוגרפי בקראבך וירידת חלקם של הארמנים באוכלוסייה עקב גידול טבעי נמוך והגירה לרוסיה היו הרקע לטענות הארמנים על מדיניות דמוגרפית מכוונת של אזרבייג'ן להקטנת האוכלוסייה הארמנית בקרבאך ולתביעתם להסתפח לתחומי הרפובליקה הארמנית של ברית המועצות. לאחר כמה עשורים של רגיעה, בסוף שנות ה-80 של המאה ה-20, כשמיכאיל גורבצ'וב עלה לשלטון במוסקבה והחל ברפורמות דמוקרטיות במדינה, החליטו תושביו הארמנים של אזור נגורנו קרבאך להסב את תשומת לבם של ראשי הסובייטים לבעיה. הם התלוננו על "אזריזציה" כפויה של האזור, ודרשו להבטיח בו רוב ארמני. באוגוסט 1987, ערכו, תושביו הארמנים של אזור נגורנו קרבאך, משאל עם בלתי פורמלי. הסובייט העליון של ארמניה פנה לסובייט העליון של ברית המועצות וביקש תמיכה בהצטרפות החבל לארמניה. פנייה זו נדחתה, וכוחות של צבא ברית המועצות נשלחו לירוואן כדי למנוע הפרות סדר. האירוע החיש את ההתפרצות האלימה של הסכסוך.
ב-13 בפברואר 1988, תושבי קרבאך הארמנים החלו להפגין בעיר הבירה שלהם, סטפנקרט, בעד איחוד עם הרפובליקה הארמנית. שישה ימים לאחר מכן הצטרפו אליהם צעדות המוניות בירוואן, בירת ארמניה. ב-20 בפברואר של אותה שנה, החליטה, מועצת הנציגים של חבל נגורנו קרבאך, לבקש את העברת האזור לארמניה. מוסקבה דחתה דרישה זו. ב-22 בפברואר 1988, התקיים העימות הישיר הראשון של הסכסוך, כשקבוצה גדולה של אזרים צעדו מאגדם לאזור המאוכלס בארמנים אסקראן. האזרים הרסו את הדרך בין שתי הערים, מה שהוביל לעימות שהדרדר לשני הרוגים מקבוצת האזרים, לפציעתם של חמישים מבני כפר ארמנים ומספר לא ידוע של שוטרים ואזרים. פליטים רבים עזבו את שתי המדינות כשהאלימות החלה, כשכל צד פוגע במיעוטים שבמדינתו. ביולי 1988, נשיאות הסובייט העליון של ברית המועצות החליטה שהחבל יישאר באזרבייג'ן. ובכך דחתה את תביעת מועצת החבל לצרפו לרפובליקה הארמנית השכנה.
בסתיו של 1989, החריף בין הסכסוך האתני בנגורנו קרבאך ובסביבתו, מה שהוביל את ברית המועצות להעניק לשלטונות אזרבייג'ן מרחב פעולה רב יותר של שליטה על האזור. ב-29 בנובמבר 1989, השליטה הישירה בנגורנו קרבאך הופסקה והאזור הוחזר לאזרבייג'ן. המדיניות הסובייטית הפכה לחרב פיפיות, כאשר בישיבה משותפת של הסובייט הארמני העליון והמועצה הלאומית, הגוף המחוקק של נגורנו קרבאך, הכריזו איחוד של נגורנו קרבאך עם ארמניה. בשנת 1989, האוכלוסייה של נגורנו קרבאך מנתה 192,000. 76% מהאוכלוסייה באותה תקופה היו ארמנים, 23% אזרים, והשאר מיעוטים כורדים ורוסים. ב-26 בנובמבר 1991, אזרבייג'ן ביטלה את מעמדו האוטונומי של מחוז נגורנו קרבאך, ביצעה ארגון מחדש של החלוקה המנהלית במחוז והעבירה את השטח לשליטתה ישירה.
הפרלמנט של נגורנו קרבאך, שהייתה במשך כל תקופת השלטון הסובייטי בקווקז אובלסט אוטונומי תחת אזרבייג'ן סס"ר, החליט, בשנת 1988, על עריכת משאל עם על איחוד עם ארמניה. החלטה זו הובילה לתחילת ההתנגשויות החמושות ולפתיחת מלחמת נגורנו קרבאך. במהלך המלחמה הטילו טורקיה ואזרבייג'ן הסגר על ארמניה שנמשך עד לשנת 1994. בשנת 1991 הכריזה הישות על עצמאותה, לאחר משאל עם, שהוחרם על ידי המיעוט האזרי בחבל. הדבר הביא להסלמת הסכסוך על השליטה בחבל ולמלחמה של ממש, שבה נהרגו כ-30 אלף בני אדם, ומעל למיליון איש הפכו לפליטים. בשנת 1994 השלימו הארמנים את ההשתלטות על החבל, וכבשו גם אזור חיץ מסביב לו, המהווה כשמונה אחוזים משטח אזרבייג'ן. אזור החיץ כולל גם את כל השטח שהפריד את המובלעת מארמניה והארמנים הצליחו ליצור רצף טריטוריאלי בשליטת בין ארמניה לחבל העצמאי. הארמנים השתלטו על שבעה מחוזות בתוך אזרבייג'ן ממזרח לאזור המריבה. סכסוך זה הוא אחד הסכסוכים עקובי הדם מהסכסוכים של פוסט ברית המועצות. הסכסוך הארוך ביותר, מספר הנפגעים והיקף מעשי הזוועה הרב ביותר שבוצעו על ידי הצדדים. זה סכסוך אזרחי פנים-מדינתי ובין מדינתי בעת ובעונה אחת. מספר העקורים האזרים באזרבייג'ן מגיע לכמה מיליונים.
החלת הריבונות הארמנית.
החלת הריבונות הארמנית על שטחי נגורנו קרבאך האוטונומיים באזרבייגן הסובייטית הביאה ללחץ בינלאומי לנסיגתה. בשנת 1992 הוקמה קבוצת מינסק (OSCE), שכללה את נציגי צרפת, גרמניה, הונגריה, איטליה, רוסיה, שוודיה ובלארוס, במטרה למצוא פתרון לסכסוך בדרכי שלום. באפריל 1993 שוגרו משקיפים מטעם הקבוצה לאזור ובמקביל דרשה מועצת הביטחון מארמניה לפנות את כוחותיה מאזרבייג'ן. אולם השפעת מהלכים אלה לא הייתה יעילה.
ב-5 במאי 1994 נחתם פרוטוקול בישקק, הסכם הפסקת אש זמני, בין נציגי ארמניה, אזרבייג'ן, נגורנו קרבאך ורוסיה, בבישקק שבקירגיזסטן. הוסכם כי הכוחות הארמניים יסוגו מהשטחים שכבשו באזרבייג'ן ונגורנו קרבאך תקבל אוטונומיה תחת אזרבייג'ן. כמו כן הוסכם כי יינתן מעמד מיוחד למסדרון לצ'ין , מעבר הרים באזור החיץ באזרבייג'ן המהווה את הדרך הקצרה ביותר מנגורנו קרבאך לארמניה וכן הוסכם על הצבת כוחות "שמירת שלום" רוסיים באזור דוגמת הכוח שהוצב בגאורגיה. אף על פי שאזרבייג'ן חתמה על ההסכם הזמני בבישקק היא לא חתמה על הסכם הקבע במוסקבה. מאז ערוכים הצבא האזרי והצבא הארמני לאורך קו הפסקת אש עמוס תעלות. למרות תקריות ירי שמתרחשות מעת לעת, הפסקת האש נשמרת.
אף על פי שההסכמות שהושגו בין הצדדים היו לא מבוטלות עדיין לא הושג הסכם מה יהיו מרכיבי כוח שמירת השלום שיוצב באזור. ארמניה דרשה שהכוח יהיה מורכב מרוסים, שכן הרוסים נטו לטובתם. אזרבייג'ן דרשה שכוח מטעם הארגון לביטחון ולשיתוף פעולה באירופה יעמוד ביחד עם הכוח הרוסי, היות שהאזרים חששו מאותה נטייה רוסית לטובת ארמניה. הארמנים בנגורנו קרבאך התנגדו להכללת חיילים טורקיים בכוח הארגון לביטחון ולשיתוף פעולה באירופה, מחשש לנטייה הטבעית שלהם להעדיף את האזרים.
ב־25 בינואר 2005 אימצה האספה הפרלמנטרית של מועצת אירופה (PACE) את החלטה 1416 המגנה את הטיהור האתני כנגד האוכלוסייה האזרית וקוראת לנסיגת הכוחות הארמניים משטח אזרבייג'ן.
בנובמבר 2007 הוצע הסכם שלום שנקרא עקרונות מדריד . הגרסה הראשונה של ההסכם הוצגה לשרי החוץ של ארמניה ואזרבייג'ן בכנס השרים שהתקיים בנובמבר 2007 במדריד. זו הייתה גרסה מתוקנת של הצעת הסדר השלום של קבוצת מינסק (בראשות צרפת, רוסיה וארצות הברית) מקיץ 2006. העקרונות שהתבססו על הסכמי הלסינקי משנת 1975, הציעו כי בשלב הראשון ייסוגו הכוחות הצבאיים הארמנים ממחוזות אגדם, פיזיולי, ג'בריל זנגלן וקובאדי וכן מ-13 כפרים במחוז לצ'ין. כמו כן הוצע גם פירוז את השטח הנשלט על ידי הכוחות הארמנים ופינוי המוקשים שבו. בשלב השני ייסוגו הכוחות הארמנים ממחוז לצ'ין ומחוז קלבג'ר, ובמקביל חזרה של האוכלוסייה אזרית לנגורנו קרבאך. כוחות "שמירת השלום" ייפרסו להבטחת ביטחונם של הפליטים השבים לבתיהם הנטושים. נגורנו קרבאך תקבל רמה גבוהה של אוטונומיה בדומה לזו המתקיימת בטטרסטן שבתחומי הפדרציה הרוסית. ההצעה נתקבלה בשביעות רצון מצד האזרים אולם נדחתה בידי ארמניה והפזורה הארמנית במערב.
ב-2 באפריל 2016 דווח כי קרבות פרצו בין כוחות ארמניים לכוחות אזריים במובלעת
ב-28 בספטמבר 2020 דווח כי קרבות פרצו בין כוחות ארמניים לכוחות אזריים במובלעת. הצדדים הכריזו על מלחמת נגורנו קרבאך השנייה. בדומה למלחמת נגורנו קרבאך גם בסכסוך זה נתמכת אזרבייג'ן על ידי טורקיה, לעומת ארמניה שנתמכת על ידי יוון, רוסיה מוכרת נשק לשתי המדינות, ישראל מוכרת נשק לאזרבייג'ן במאבק זה. המלחמה הסתיימה בעקבות הסכם הפסקת האש של נגורנו קרבאך (2020). הוסכם על פיזור 2000 משקיפים רוסים. האזרים השתלטו על חלק מהשטח.
במאי 2021, הייתה הסלמה באזור שבאה לידי ביטוי בכמה תקריות.