在汉代以前，西域对几乎所有中原人而言都是十分陌生的神秘地方。西汉初年的时候，人们逐渐从东西往来的行商的描述中了解到西域的一些情况，仍很有限。公元前138年，终于有一位中原勇士，率先向这块未知的地方发出挑战，他就是张骞(公元前195-114年)。 张骞出使西域，不是他个人的愿望，而是当时西汉王朝政治上的要求。
据《史记·大宛列传》记载，张骞是汉中人，陈寿说是“汉中成固(今陕西城固县)人”，建元年中为郎。
此时正是汉武帝时期，国家强盛，但仍然受到北方强大的匈奴的威胁。为了摆脱匈奴的威胁，汉武帝想派使者去联络西域各国，特别是与匈奴有矛盾的大月氏(今苏联乌兹别克、塔吉克)，共伐匈奴。为此，汉武帝“乃募能使者”。
张骞“以郎应募，使月氏”。随行的人除堂邑父外，共有100多人。张骞这次出使，由于带有重大的政治目的，自然会受到匈奴的阻挠，会有各种艰险。
建元二年(公元前139年)，张骞一行人出陇西(今甘肃临洮南)途径匈奴时，被匈奴抓获，扣留。扣压不是几天、几月，而是10年。匈奴人给他娶妻生子，想以此拴住张骞，老死匈奴。然而张骞“持汉切不失，”念念不忘身负的使命。
在被扣押期间，他采取韬晦之计，使匈奴人放松警惕，放宽对他的监禁。这一计果然有效，张骞抓住一个机会和少数随从逃跑，“西走数十日至大宛”。
大宛国王早就想跟富饶的西汉交往，听说张骞来了，很高兴，问他：“你要到哪里去?”张骞答：“我要出使月氏，没想到中途匈奴人阻道。现在我逃出来了，希望国王派人送我去月氏。如果你这样做了，我回汉朝后告诉汉王，汉王定会用很多财物感谢你。”
大宛国王满口答应，派人把张骞护送到康居，由康居转送大月氏，到大月氏以后，发现情况有变化。老国王被匈奴人杀害，立太子为王，征服了大夏。新国王认为，大月氏土地肥美，人民安居乐业，而且离汉朝太远，没有必要定要报复匈奴。张骞没辙，又从大月氏回大夏。
元朔元年(公元前128年)，张骞取道昆仑山北麓，青海柴达木盆地的羌族居住区回国。由于羌族被匈奴控制，张骞在东归返回的途中，再次被匈奴抓获，后又趁匈奴内乱逃回长安，历尽千辛万苦，前后用了十三年时间。
出发时带着随从一百人，返回时，只剩甘父一人同行，付出了很高的代价。为了表彰张骞的功绩，汉武帝封他为太中大夫，堂邑父为奉使君。
张骞这次出使，经历了许多国家，知道了西域的许多情况。
他第一次以汉朝使者的身份，与西域的一些国家交往，沟通了汉朝与西域各国之间的联系。历史上称他的这次出使是“凿空(孔)”，意思是张骞打通了中原通往西域的孔道。
这次出使虽然没有达到汉武帝要求的政治目的，但是通过他的旅行观察，却获得了有关西域各国极为丰富的地理知识，使生活在中原内地的人们了解到西域的实况。张骞把这些地理知识写成报告上奏汉武帝，后来司马迁即据此写成了(大宛列传)，得以保存至今。
这次出使西域，激发了汉武帝“拓边”的雄心，发动了一系列抗击匈奴的战争。 元朔六年(公元前123年)，由于张骞随军与匈奴作战有功，被汉武帝封为博望候。
元狩元年(公元前122年)，张骞又向汉武帝报告：“大臣大夏时，见邛竹杖，蜀布。问悦：‘安得此?’大夏国人悦：‘吾贾人往市之身毒。身毒在大夏东南可数千里，其俗士著，大与大夏同，而卑温暑热云。其人民乘象以战，其国临大水焉。’以骞度之，大夏去汉万二千里，居汉西南。今身毒国又居大夏东南数千里，有蜀物，此其去蜀不远矣。今使大夏，从羌中，险，羌人恶之;少北，则为匈奴所得;从蜀宜径，又元寇。”
从这段话知道，张骞从地理方向及距离上首次作出了一个大胆的推测，即身毒(今印度)去蜀不远，如果从蜀身去身毒，再从身毒去大夏，则既无寇，路又直。
汉武帝听了这番话很高兴，当即要张骞去办这件事。张骞从蜀郡、犍为郡派使者，分四路向西南进发。各路只行了一两千里便受阻，各地少数民族语言不通，缺乏交往，互相不了解，不让汉使通过。
张骞这次旅行虽然没有打通从西南去印度的通路，但已打听到在昆明西边千里之外，有一个乘象的滇越国(今云南腾冲一带)，四川的商人常常到那里做生意。可见，从中国西南去印度的道路早就有了。
这些地理知识，为今后进一步开拓西南地区打下了基础。同时也证明，张骞设想的路线是完全正确的，只是由于社会条件的局限，未能实现。
公元前119年，汉王朝为了进一步联络乌孙，断“匈奴右臂”，便派张骞再次出使西域。这次，张骞带了三百多人，顺利地到达了乌孙。并派副使访问了康居、大宛、大月氏、大夏、安息(今伊朗)、身毒(今印度)等国家。但由于乌孙内乱，也未能实现结盟的目的。
尽管张骞这次出使也没能立即与乌孙结成军事联盟，但双方在政治上和经济上的联系变得频繁而密切。乌孙回访使者一起到达长安，并把他们看到的中原王朝的繁荣在乌孙广为传讲。汉朝与乌孙之间农牧产品的交流蓬勃开展起来，最终确立了和亲关系。
汉武帝派名将霍去病带重兵攻击匈奴，消灭了盘踞河西走廊和漠北的匈奴，建立了河西四郡和两关，开通了丝绸之路。并获取了匈奴的“祭天金人”，带回长安。
张骞回国后升为大行，列于九卿。一年以后，这位功勋卓越的旅行探险家和外交家便去世了。不久，他派遗的副使也陪同各国使者来到长安，从此，中国通西域的道路完全打通。来往使者络绎不绝。为了纪念张骞通西域的功绩，“其后使往者皆称博望候。”
张骞通西域的意义，不仅丰富了中国人的地理知识，扩大了中国人的地理视野，而且直接促进了中国和西方物质文化交流，中国精美的手工艺品，特别是丝绸、漆器、玉器、铜器传列西方，而西域的土产如苜蓿、葡萄、胡桃(核桃)、石榴、胡麻(芝麻)、胡豆(蚕豆)、胡瓜(黄瓜)、大蒜、胡萝卜，各种毛织品、毛皮、良马、骆驼、狮子、驼鸟等陆续传入中国。西方的音乐、舞蹈、绘画、雕塑、杂技也传入中国，对中国古代文化艺术产生了积极的影响。
张骞不畏艰险，两次出使西域，沟通了亚洲内陆交通要道，与西欧诸国正式开始了友好往来，促进了东西经济文化的广泛交流，开拓了从我国甘肃、新疆到今阿富汗、伊朗等地的陆路交通，即著名的“丝绸之路”，完全可称之为中国走向世界的第一人。