西域從漢武帝劉徹時起屬於漢朝。西域三十六國是：婼羌、Murano(鄯善)、且末、小宛、精絕、戎盧、扜彌、渠勒、于闐、皮山、烏稈、西夜、子合、蒲犁、依耐、無雷、難兜、大宛、桃槐、休循、捐毒(今烏恰縣)、莎車、疏勒、尉頭、姑墨(今阿克蘇縣)、溫宿(今烏什縣)、龜茲(今庫車縣)、尉犁、危須、焉耆、姑師(車師)、墨山、劫、狐胡、渠犁、烏壘。三十六國中，一部分是遊牧部落，另一部分是城郭之國。

西漢時各城華人口如下：龜茲8.1317萬人，焉耆3.21萬人，姑墨2.45萬人，扜彌2.004萬人，于闐1.93萬人，疏勒1.8647萬人，莎車1.6373萬人，都善1.41萬人，尉犁、溫宿、車師前國在5000人以上，危須、皮山、精絕、烏秅、渠勒、戌盧、且末、小宛在1000人以上，單桓194人。20個城國共有3.3756萬戶，27.1554萬人，約佔西漢西域總人口的83.6%。

塔里木盆地南緣、西緣屬於雅利安人。塔里木盆地東部和北部諸國屬於吐火羅人。

西域三十六國於公元前後分裂成55國。東漢初，都善、于闐、車師曾分別兼併附近的一些小國。東漢重新設立西域都護以後，進行了干預，被兼併的小國又紛紛恢復獨立。東漢時，于闐從西漢時的0.33萬戶1.93萬人增至3.2萬戶、8.3萬人，焉耆從0.4萬戶、3.21萬人增至1.5萬戶、5.2萬人，疏勒亦從0.151萬戶增至2.1萬戶。當時于闐、焉耆、疏勒是西域三大強國。