Den snabba arabiska expansionen efter profeten Muhammeds död 632 e Kr nådde Centralasien några decennier senare och förde med sig ett bestående muslimskt inflytande. Buchara blev ett centrum för muslimsk filosofi och religion, överträffat endast av Mekka. Den persiska samanid-dynastin på 800- och 900-talet förlade sin huvudstad till Buchara. Perioden innebar en höjdpunkt för persiskt språk och kultur. Den ekonomiska grunden för denna kultur var kontrollen över Sidenvägen, den viktiga handelsleden mellan Medelhavet och Kina genom Centralasien.
De turkiska seldjukerna skapade på 1000-talet ett imperium som dominerade Centralasien, Persien och Mellanöstern i två århundraden. Seldjukerna fick i sin tur vika för mongolerna under Djingis khan på 1200-talet. Djingis khan samlade de flesta större folken i Centralasien i ett välde som snabbt bredde ut sig över större delen av den euroasiatiska landmassan men föll sönder efter hans död.
Mongolhärskaren Özbek (Uzbek) khan betraktas som stamfader till uzbekerna. Han regerade i början av 1300-talet över jätteriket Gyllene horden och tvångsomvände befolkningen till islam.
Det sista stora imperiet med bas i Centralasien grundades av Timur Lenk, en hövding från trakten av Samarkand. Han besegrade i slutet av 1300-talet Gyllene horden, då styrt av Djingis khans sonson Batu, och erövrade så småningom också Bagdad.
Uzbekerna, ett folk av blandad mongolisk och turkisk härkomst, tog i början av 1500-talet över makten från Timur Lenks ättlingar. En kort period hade uzbekerna även kontroll över norra Persien, men de drevs snart tillbaka och deras rike upplöstes. Ur spillrorna uppstod tre så kallade khanat, styrda av härskare med titeln khan. Khanaten hade sina centrum i städerna Chiva, Buchara och Kokand. Efter upptäckten av sjövägen till Indien 1498 kom Sidenvägen att förlora i betydelse. Centralasien föll i glömska för omvärlden.
Från tsar Peter den stores tid (1672-1725) förekom handel mellan Ryssland och Centralasien. När bomullsleveranserna från USA ströps under amerikanska inbördeskriget 1861-1865 fick ryska handelsmän upp ögonen för Centralasiens bomull. Militären flyttade också fram de ryska positionerna i Centralasien, samtidigt som britterna tryckte på från Indien. Ryssland vann Det stora spelet (The Great Game) om Centralasien och fick kontrollen i khanaten. En ny administrativ enhet, Turkestan, upprättades med en rysk generalguvernör i spetsen. Khanaten behöll dock viss autonomi.
Efter livegenskapens avskaffande i Ryssland 1861 strömmade jordlösa ryssar till Centralasien, där de kom att dominera bomullsindustrin. Skördarna förbättrades genom bevattningskanaler, och nomadernas mark beskars kraftigt av nyodlingar. Genom utbyggnad av järnväg, postväsen och telegraf knöts ekonomin allt fastare till centrala Ryssland. Stor betydelse fick den 140 mil långa järnvägen från Kaspiska havet till Samarkand.
Slaveriet avskaffades i Turkestan och rättsskipningens värsta avarter bekämpades. Med ryssarna kom också nya impulser som väckte unga intellektuellas intresse för modern vetenskap, nationell identitet och politiska fri- och rättigheter. Det gav upphov till en rörelse av unga reformsinnade centralasiater som kallades djadider, nytänkare.
