布哈拉汗国共分为三个王朝：昔班尼王朝(1500年—1599年)、阿斯特拉罕王朝(又称“札尼王朝”，1599年—1785年)和曼吉特王朝(又称“海达尔王朝”、“布哈拉埃米尔国”，1785年—1920年)。
1500年，乌兹别克人首领昔班尼率兵自北进入河中地区，占领撒马尔罕，推翻帖木儿后裔在中亚的统治，建立昔班尼王朝。该王朝原定都于撒马尔罕，1561年迁都布哈拉，遂称布哈拉汗国。1505年，昔班尼夺取花剌子模，1507年，攻取赫拉特，灭帖木儿帝国。1510年，昔班尼为费尔干纳统治者莫卧儿王朝的巴布尔和波斯人的萨法维王朝联军所败，阵亡于梅尔夫城。昔班尼死后，国家濒于崩溃。1512年，昔班尼之侄速云赤执政时，率军在尼尔杜万战役中打败萨法维王朝和巴布尔的军队，恢复和巩固了乌兹别克人在河中地区的统治。在阿布德·阿拉赫二世统治时期，布哈拉汗国国势强盛，重新征服霍拉桑、花拉子模，夺取费尔干纳和塔什干，并侵入哈萨克草原腹地。1598年，阿布德·阿拉赫二世死后，国内动乱，霍拉桑等地复失。
1599年，阿斯特拉罕王朝开始统治布哈拉汗国。该朝伊玛目·库里在位时，加强中央集权，以伊斯兰教法治国，政治经济相对稳定，商业繁荣，纺织品、陶器、纸张远销国外。其后乌兹别克人各氏族割据势力日渐强大，王族内讧加剧，波斯萨法维王朝、阿夫沙尔王朝、印度莫卧儿王朝和希瓦汗国也乘机频繁入侵。苏布汗·库里在抵御外部入侵和平定内乱中取得一定成就，但汗国日趋衰落和陷于分裂。18世纪前期，浩罕(中心在费尔干纳)从布哈拉汗国分裂出去，建立了独立的浩罕汗国。1740年，波斯纳迪尔沙入侵，阿布都拉·哈兹投降，于1747年遇害。乌兹别克封建王朝逐渐重新成为波斯各个封建王朝的附属国。
阿斯特拉罕王朝末代可汗阿布·加兹统治期间，曼吉特首领马桑·沙·穆拉德迎娶其女，建立曼吉特王朝。在他统治期间，采用“埃米尔”称号，实行行政和财政方面的改革，兴修水利，发展农业，加强了布哈拉汗国的中央政权。纳斯尔·阿拉赫·巴哈杜尔统治时期，加强军队建设，不断扩张领土，力图称霸河中地区，并多次出兵对浩罕汗国进行军事干涉。1868年，在穆扎法尔丁·巴哈杜尔统治时期，布哈拉汗国沦为沙皇俄国的附庸。1920年9月，当地人民和苏俄红军推翻曼吉特王朝，建立布哈拉苏维埃人民共和国，布哈拉汗国正式灭亡