Даже после краха Уйгурского и Киргизского каганатов в результате внутренних неурядиц время тюркского доминирования в Великой Степи не завершилось, ведь ещё не пришло время тех, кто сменил бы их, да и дух власти из тюркских кочевников оказалось очень непросто вытравить. К середине Х века в Средней Азии на обломках великих степных каганатов появилась новая блистательная империя тюркских мусульман - Караханидов, наследников легендарного тюркского правителя Турана.
После падения Уйгурского каганата в 840 году в его среднеазиатских владениях началась было полоса анархии в "лучших" традициях средневековья, но тут на арену выступил правитель города Исфиджиаб Бильге-кюль, объявивший себя караханом (великим ханом) всех тюрок. Хотя он не имел никакого отношения к династиям тюркских и уйгурских каганов и к тому же исповедовал запрещенное у уйгуров тенгрианство, люди, не желая повторения того кошмара, который обрушился на Великую Степь после распада Тюркского каганата, пошли за ним. Пользуясь полной поддержкой народа, Бильге-кюль основал в Средней Азии блистательную тюркскую империю - государство Караханидов.
После того, как были улажены все внутренние конфликты в новом государстве, Караханиды начали активную завоевательную политику, направляя войска в наиболее плодородные области Средней Азии. Помимо ожидаемого экономического эффекта и существенного расширения территории ханства, эти завоевания близко познакомили тюрок с исламом, который те приняли добровольно примерно в конце IX века и с этого момента он окончательно и бесповоротно закрепился в Средней Азии.
При Караханидах Средняя Азия, наконец, расцвела. Захватив ее главное богатство - воду - Караханиды провели обширные ирригационные работы, превратив бесплодные пески и камни в цветущие сады. Это повлекло за собой широкое градостроительство, расцвет духовной культуры и искусства, достаточно упомянуть имя великого персидского поэта Омара Хайяма, начавшего творить именно в землях Караханидов.
На протяжении X-XI веков государство Караханидов было сильнейшим государством в Средней Азии, которому никто не смел угрожать извне, но смерть его пришла изнутри, ведь караханидские ханы ввели в традицию раздачу земельных уделов представителям ханской династии и наиболее отличившимся военноначальникам и сановникам, которые чувствовали себя все менее зависимыми от центра, также не добавляла государству Караханидов прочности унаследованная им от тюркских каганатов двойная система управления, поэтому, когда в 1130 году в Среднюю Азию вторглись кара-кидани, исход войны для последнего в междоусобицах государства Караханидов был очевиден - кара-кидани завоевали значительную часть территории Караханидов и их столицу Баласагун.
После вторжения кара-киданей государство Караханидов окончательно распалось на два государства - Западно- и Восточно-Караханидское ханства, которые быстро попали под чужеземную зависимость (Восточно-Караханидское - от кара-китаев, Западно-Караханидское - от хорезмшахов). К 1212 году оба караханидских ханства лишились остатков самостоятельности, но радовались этому кара-кидани и хорезмшахи недолго, ведь на их границах уже стояли орды Чингисхана.