从汉代司马迁的书中开始，对新疆地区有了清楚的记录。天山南北广阔地区多民族聚居生活的真实图景清晰地展示在我们面前。西汉“西域都护府”的建立使“汉之号令班西域”，新疆成为祖国不可分割的组成部分，新疆历史的发展进入了一个新阶段。
西域社会状况
我国先秦时期的史书中，将当时新疆的古代部落或民族群体统称为“西戎”。从西汉司马迁撰写《史记·大宛列传》开始，地理上被称为“西域”的地区，也就是今天新疆地区的民族分布和社会情况才比较清晰了起来。西汉时期，将今天阳关、嘉峪关以西地区称为“西域”。西域地区以天山为界，在北部地区主要活动的是逐水草而流徙的游牧民族，故被称为“行国”，主要是塞人、月氏人、车师人、乌孙人和匈奴人等;天山以南则主要是农耕定居的各个民族群落，他们往往以沙漠边缘的绿洲地区为聚居地，过着日出而起、日落而居的农业田园生活。史籍中称他们为所谓“城郭诸国”。西域“三十六国”中的大多数都是指的他们，主要是塞、吐火罗和羌人等。
秦汉时期，在西域地区，甚至远至中亚各地都出现汉人活动的踪迹，汉人当时被称为“秦人”，全因他们是当时控制西北地区的秦国的子民。西域的自然和区域特点还使该地社会处在互不相属的割据状态，《汉书·西域传》：“西域诸国，各有君长，兵众分弱，无所统一。”公元前177—前176年，匈奴南下击败月氏人，控制了西域。匈奴西边日逐王置“僮仆都尉”管理该地事务，利用西域为基地经常劫掠汉朝边境地区，对西汉王朝构成严重威胁。匈奴进入西域及其统治不只改变了原来该地割据松散的政局，还直接促成了后来西汉王朝统一西域的进程。
汉朝统一西域过程
汉朝关注西域，并且最后在政治上统一天山南北各地，与当时的匈奴人在西域的活动有关。公元前138年，为了消除匈奴人对汉朝边境地区的威胁，张骞受汉武帝之命出使西域，力图联络当时活动在今中亚地区的一个名叫大月氏的部族共同对付匈奴。张骞的西使历尽艰辛，功绩卓著，客观上加深了两地彼此间政治、经济的了解和联系，扩大了汉朝在西域诸地的政治影响。张骞出使西域归来后不久，亦即公元前121年，汉朝大将军霍去病受命率军西征，打败了驻牧在河西走廊一带的匈奴浑邪王和休屠王，汉朝政府随即在此设置了武威、酒泉两郡(后改为武威、张掖、酒泉、敦煌四郡)。汉朝这一军事行动切断了匈奴同西北各氐、羌诸部之间的联系，扩大了汉朝与西域各族间的往来。
公元前108年，汉武帝命大将赵破奴等率军穿越阳关、玉门关西进，攻占楼兰、姑师。公元前102年，汉军西行，又攻克时常与汉朝作对的位居今中亚费尔干纳盆地的大宛国，显示了汉朝国力的强盛，将汉朝的政治影响向西延伸到中亚广大地区。这一系列政治、军事活动极大提高了汉朝在西域各族中的威望。公元前101年，为解决驻扎西域的汉军和往来使者的粮食供应，汉朝开始在天山南部的轮台、渠犁等地驻兵屯田，并置设“使者校尉”统领之，“屯垦戍边”由此成为历代中央王朝开发边疆、巩固边防的重要举措，“使者校尉”是汉朝政府设在西域地区最早的地方官员。
汉宣帝神爵二年(公元前60年)，漠北草原的匈奴政权发生内讧，驻守西域的匈奴日逐王先贤掸恐遭不幸，率部众自愿归服汉朝。汉宣帝令郑吉率龟兹、渠犁诸国兵五万人迎接日逐王及部属。次年，汉宣帝任命郑吉为都护，设立“西域都护府”，治乌垒城(今轮台县策大雅南)。自此，新疆就正式列入了汉朝的版图，成为我们统一的多民族国家不可分割的一部分。
汉朝治理西域措施
“西域都护”设立是新疆地区统一于中央政府的显著标志。汉朝政府直接任免西域都护、专理屯田事务的“戊己校尉”等统领西域各地军政事务的高级官吏;委任册封当地各族首领，颁发汉朝印绶，允准其按照本地习俗管理地方行政事务，令其遣子入侍、贡献方物;并驻军镇守，进行屯田戍边，设立烽燧、驿站维护交通畅达，极大地推动了“丝绸之路”沿途的经济发展。
东汉建立后，继续西汉王朝对西域各地的统治，先设立“西域都护”管理该地军政事务。著名的“定远侯”班超就曾担任过西域都护多年。后设立西域长史取代了“西域都护”职能。班超之子班勇曾就任“西域长史”，班超父子不只留下令人称道的“投笔从戎”故事，且父子相承，为了巩固边防、发展西域经济作出了重要贡献。
汉代西域的语言文字
汉朝时期，西域各地居民除了使用汉语作为官方通用语言外，本地还流行着多种语言文字(这种状况甚至延续到隋唐时期)。语言文化特性从一个侧面也折射出当地居民来源和分布局面的复杂性背景。龟兹(今天的库车、拜城、新和县等地)、焉耆和高昌一带地区流行吐火罗语，而于阗地区使用的则是于阗塞语;前者使用一种用婆罗谜字母斜体书写的文字，语属印欧语系;后者使用的于阗文是一种婆罗谜字母直体书写的文字，语属印欧语系伊朗语族东伊朗语支。
鄯善、尼雅(今天的且末和若羌县等地)一带地区居民使用的所谓佉卢文则来自波斯(今伊朗)的阿拉美字母。汉代西域各地广泛流行五铢钱(汉朝钱币名称)。新疆地区出土的汉晋时期“汉龟二体钱”、“汉佉二体钱”(西域流行钱币名称，正面镌刻汉字及货币单位，另一面镌刻龟兹、佉卢文和货币单位)不仅说明了该地区蓬勃发展的商品贸易水平，还深刻反映了文化交流的真实状况。