公元前138年（漢武帝劉徹建元癸卯三年），張騫奉命出使西域，當時在現新疆境的西域三十六國，經考證在如下地方：烏孫、龜茲、焉耆、若羌、樓蘭、且末、小宛、戎盧、彌、渠勒、皮山、西夜、蒲犁、依耐、莎車、疏勒、尉頭、溫宿、尉犁、姑墨、卑陸、烏貪訾、卑陸後國、單桓、蒲類蒲類後國、西且彌、劫國、狐胡、山國、車師前國車師後國、車師尉都國、車師後城國 除此之外還有大宛、安息、大月氏、康居、浩罕、坎巨提、烏弋山離等十幾西域國。漢武帝劉徹建元癸卯三年（即公元前138年）張騫出使西域尋訪大月氏聯合抗擊匈奴。雖然出使未獲成功，但是卻溝通了中原與西域諸國的聯系和交往。
西域三十六國最早出唐書，依次為：
（壹）烏孫----現新疆伊寧市附近及吉爾吉斯斯坦、哈薩克斯坦的部分地區。
（二）龜茲---- 現新疆庫車、拜城壹帶。
（三）焉耆 ---- 現新疆焉耆回族自治縣壹帶。
（四）於田 ---- 現新疆和田壹帶。
（五）若羌 ---- 現新疆若羌東南，羅布泊西北，離古陽關最近。
（六）樓蘭 ---- 現新疆在巴音郭楞蒙古自治州羅布泊旁沙漠中。後改國名，為鄯善。現存有樓蘭遺跡。
（七）且末 ---- 現新疆且末縣西南，現有周圍二十裏古城兀立，墻垣斷續。唐玄奘取經，在此停留過。
（八）小宛 ---- 現新疆且末縣西南，車爾臣河南，有人口只有壹千五百多人，國家最小。
（九）戎盧 ---- 現新疆於田縣南。
（十）彌 ---- 現新疆南疆策勒縣東。
（十壹）渠勒 ---- 現新疆策勒縣南。（以上四個小國，全在現和田東部壹帶，均已被塔克拉瑪幹沙漠湮沒）。
（十二）皮山 ---- 現新疆皮山縣東南，藏桂附近，尚有漢皮山國城墟，當地人叫破城子。
（十三）西夜 ---- 現新疆皮山西南。
（十四）蒲犁 ---- 現新疆葉城東壹帶地方。
（十五）依耐 ---- 現新疆英吉沙東南東勒庫爾依耐和蒲犁兩國雖小，但是漢唐以來東西交通要道。唐玄奘從天竺（現印度）取經回國，取道於此。
（十六）莎車---- 現南疆莎車縣，後被於田吞並。
（十七）疏勒 ---- 現新疆喀什市和疏勒縣壹帶。
（十八）尉頭 ---- 現新疆南疆烏什、巴楚地。
（十九）溫宿 ---- 現新疆阿克蘇和溫宿壹帶。
（二十）尉犁 ---- 現新疆庫爾勒、尉犁地方。後被焉耆吞並。
（二十壹）姑墨---- 現新疆南疆拜城壹帶。
（二十二）卑陸 ---- 現新疆阜康縣以北
（二十三）烏貪訾----現新疆離現瑪納斯北和昌吉附近。
（二十四）卑陸後國--現新疆阜康縣東。
（二十五）單桓 ---- 現新疆瑪納斯東北。
（二十六）蒲類 ---- 現新疆巴裏坤哈薩克自治縣西北。
（二十七）蒲類後國--現新疆巴裏坤哈薩克自治縣西北。
（二十八）西且彌 ---現新疆烏蘇縣東南。
（二十九）東且彌 ---現新疆昌吉縣以西。
（三十）劫國 ---- 現新疆呼圖壁東北。
（三十壹）狐胡 ---- 現新疆吐魯番以北。
（三十二）山國 ---- 現新疆南疆尉犁縣東。
（三十三）車師前國--現新疆吐魯番交河城。
（三十四）車師後國--現新疆烏魯木齊及附近地方。
（三十五）車師尉都國 現新疆吐魯番東南。
（三十六）車師後城國 現新疆奇臺周圍。
此外，還有大宛、安息、大月氏、康居、浩罕、坎巨提、烏弋山離等十幾個屬於西域的國家，現都不在我國新疆境內了。