蒙古人成吉思汗建立的蒙古帝國在他的孫子們時最後定型。因為蒙古實行的是幼子繼承製，所以以中國的元朝帝國為大汗轄區，另外，還有服從大汗宗主權的四個相對獨立的國家，即四大汗國，分別是
欽察汗國(也稱金帳汗國)，察合台汗國，窩闊台汗國和伊兒汗國。
四大汗國在研究蒙古和元代歷史上具有特殊的重要地位。所有的歷史學家和學者都繞不過對由四大汗國所組成的超級帝國的研究。他們名義上是一個統一的整體，但實際上又各自具有較強的獨立性。四大汗國是蒙古統治者逐次在西征勝利中擴張領土的結果。四大汗國的出現，是蒙古族歷史上，也是世界歷史上的重大事件。
欽察汗國，也稱金帳汗國，成吉思汗長子朮赤的封地，主要轄區是東起額爾齊斯河，西至多瑙河，南起高加索山的地區，對於俄羅斯各公國享有宗主權。在其他汗國包括元帝國對於自己的領地的統治都出現問題的時候，金帳汗利用俄羅斯大公們之間的矛盾，統治相對穩定。直到俄羅斯英雄伊凡大帝的出現，使四分五裂的俄羅斯各城邦逐漸統一了起來。而與之相反，金帳汗國卻開始分裂為喀山汗國、克里米亞汗國、西伯利亞汗國、阿斯特拉罕汗國等小汗國，最後被俄羅斯相繼吞併。
察合台汗國，成吉思汗次子察合台封地，主要轄區在天山南北。1314年，原本讓位與自己哥哥也先不花的察合台汗怯伯復位，把國都從阿力麻裏遷至撒馬爾罕，在河中地區提倡農業，實行改革，而也先不花汗則堅持遊牧傳統，汗國開始分裂為東、西兩部。東部以阿力麻裏為中心，包括喀什、吐魯番一帶;西部以撒馬爾罕為中心，統治河中地區。
今新疆絕大部分地區在東察合台汗國統治之下。也先不花為東部汗，怯伯為西部汗。也先不花、怯伯死後，西域蒙古各部各自為政，互相攻殺。1348年，統治天山南路的杜格拉特部權臣布拉吉找到一個18歲的貴族禿黑魯帖木兒，宣佈他是也先不花的兒子，並在阿克蘇擁立為汗。
歷史上把禿黑魯帖木兒統治的地區稱為東察合台汗國。禿黑魯帖術兒是第一個信奉伊斯蘭教的蒙古汗，他用強制手段迫使天山以北16萬蒙古人改信伊斯蘭教。1363年，禿黑魯帖木兒死，東察合台汗國發生內亂，布拉吉之弟卡瑪魯丁奪取了政權，並殘殺禿黑魯帖木兒的子女及眷屬18人。
1389年，倖存的禿黑魯帖木兒的幼子黑的兒火者即汗位，建都於別失八里;1418年，黑的兒火者之孫歪思汗，又把國都遷到亦力把裏(今伊寧市)，所以東察合台汗國也稱“別失八里國”和“亦力把裏國”。東察合台汗國從1348年建立，歷經8代、15位汗主政，到1514年被葉爾羌汗國取代，計立國166年。而西察合台汗國在禿黑魯帖木兒死後不久，便被自己的將軍鐵木爾奪取了政權。
窩闊台汗國：成吉思汗第三子窩闊台的封地，領有額爾齊斯河上游和巴爾喀什潮以東地區。建都葉密立(今新疆額敏縣)，1229年窩闊台繼帝位後,將封地賜給其子貴由。1251年蒙哥汗即位後，以窩闊台系諸后王屢與作難，將封地分割,分授諸王,以去其勢。
窩闊台子合丹領別失八里(今新疆吉木薩爾北破城子)，滅裏領額爾齊斯河之地,窩闊台孫脱脱領葉密立,海都領海押立(今伊犁西)。1260年忽必烈稱帝后,海都自以太宗嫡孫不得立,先後聯合阿里不哥、乃顏、篤哇爭奪帝位。1301年(大德五年)兵敗走死，汗國勢衰。1310年(至大三年),海都子察八兒為察合台系后王怯伯所敗，封地併入察合台汗國。
伊爾汗國，又稱伊利汗國，成吉思汗孫子旭烈兀西征後建立，是東濱阿姆河，西臨地中海，北界裏海、黑海、高加索，南至波斯灣的大國。今伊朗、伊拉克、南高加索的阿塞拜疆、格魯吉亞、亞美尼亞和中亞的土庫曼斯坦都由伊爾汗直接統治；阿富汗斯坦西部的赫拉特王國是伊爾汗的屬國；小亞的羅姆素丹國名義上是屬國，實際上由伊爾汗派官治理。
在合贊汗(1295-1304年)在位時，進行了一系列改革，1295年6月19日，他率領將士改宗伊斯蘭教，當年11月3日即汗位，取名穆罕默德，自號素丹。此後，蒙古貴族和伊朗貴族日益合流，伊爾汗國組建成為一個伊斯蘭國家。
在合贊汗死後不久，伊爾汗國便陷入混亂，1335-1378年的四十多年間，地方總督先後擁立八個伊爾汗，在爭權奪利的混戰中，建立了各自的封建小王朝：賈拉爾朝(1336-1411年)，1340年建立，據有伊拉克、阿塞拜疆、摩蘇爾和迪亞巴克兒；克爾特朝(1245-1389年)，1342年獨立稱王，據有赫拉特和呼羅珊部分地區；穆札法爾朝(1313-1393年)，1353年建立，據有法爾斯、克爾曼和庫爾德斯坦，稱臣於開羅；賽爾別達爾國家(1337-1381年)，這是由起義農民於1353年建立的政權，據有呼羅珊北部。1380年以後，在伊兒汗國廢墟上建立的各封建小王朝，先後被鐵木兒帝國滅亡。