После завоевания Средней Азии монголами в 1221 году возникла необходимость управления завоёванными территориями, которые Чингисхан, недолго думая, отдал своему второму сыну Чагатаю, и как особо отличившемуся в ходе среднеазиатской кампании, и для контроля для своим нечестивым отпрыском, но не учёл того, что Чагатай и его потомки окажутся настолько ярыми ревнителями монгольских традиций, что в результате разнесут собственный удел на куски.
Упустив ханский престол в результате драки с братом Джучи, Чагатай получил от отца удел на вновь завоёванных землях, входивших в состав Каракиданьского ханства и государства Хорезмшахов и включавший в себя Семиречье, Восточный Туркестан, Ферганскую долину, Тянь-Шань, Памир, Мавераннахр и Семиречье. Получив в своё распоряжение собственный улус, Чагатай начал выстраивать в нём две системы управления - десятичную для тюркских и монгольских кочевников и откупническую для земледельцев, на вершине которой стояли представители династии хорезмийского купца Махмуда Ялавача, назначенного великим ханом Угедеем наместником и фактическим правителем Улуса Чагатая. Во внутренней жизни своего улуса Чагатай стремился к полной его монголизации, что вместе с его органическим неприятием ислама как такового вызвало ряд антимонгольских восстаний, самым крупным из которых стало Бухарское восстание под предводительством Махмуда Тараби 1238-1239 годов.
После смерти Угедея Чагатаиды попытались было добиться полной независимости своего улуса, за что и поплатились: 4-й хан всех монгол Мунке попросту вырезал большую часть этой династии, а сам улус Чагатая поделили между собой Бату (Батый) и Мунке, но уцелевшие Чагатаиды и Угедеиды повели борьбу за власть над Средней Азией, за краткое время обратив её в пустыню. Начавшаяся в 1260 гражданская война в Монголии спобствовала воссозданию Улуса Чагатая под властью угедеида Алгу, сына Байдара, но спокойствия это не принесло - чингисиды по-прежнему продолжали междоусобные войны, немонгольское население по-прежнему восставало против угнетателей.
При преемниках Алгу-хана началась исламизация и тюркизация монгольского населения Улуса Чагатая, но и эта экстренная мера, призванная сохранить единство государство, не дала результата, к 1340-м годам Улус Чагатая окончательно распался на ряд владений, а с воцарением в 1346 году в его наиболее крупном осколке Могулистане эмира Казагана эпоха монгольского владычества в Средней Азии благополучно завершилась.