在古代历史上，曾有许多部落、民族在新疆聚居。新疆居民的族属，从汉代（公元前２０６年－公元２２０年）开始才有明确的记载，当时主要有：塞、月氏（音：肉支）、乌孙、羌、匈奴和汉人。
    塞人，原游牧于东起伊犁河、楚河流域，西抵锡尔河地区。因被月氏排挤而西迁，一部分退至锡尔河北岸，另一些南下帕米尔，散居各地。月氏人，战国（公元前４７５年－公元前２２１年）时期活动于河西走廊到塔里木盆地的广大地区，秦（公元前２２１年－公元前２０６年）汉之际最为强盛。公元前１７６年前后，受匈奴的攻击，被迫向伊犁河流域迁徙，驱走那里的塞人而居其地。乌孙，最初活动于河西走廊。秦末汉初，受月氏人的攻击而依附于匈奴，后在匈奴的支持下，袭击月氏人，并将其逐出伊犁河流域。羌人，最初活动于黄河中上游地区。春秋（公元前７７０年－公元前４７６年）战国时期，一部分羌人经河西走廊，沿祁连山、昆仑山向西迁徙，从而在新疆留下了足迹。匈奴人，主要是在公元前１７６年前后进入新疆的。汉人，是较早进入新疆地区的民族之一。公元前１０１年，汉朝军队开始在轮台、渠犁等地屯田，后来扩大到全疆各地，各屯田点成为汉人进入新疆后最初的分布区域；公元前６０年西域都护府设立以后，或为官、或从军、或经商，进入新疆的汉人连续不断。
    魏晋南北朝（公元２２０年－公元５８９年）时期，是中国民族大融合时期，各民族迁徙往来频繁，又有许多古代民族进入新疆，如柔然、高车、（厌左加口旁）哒、吐谷（音：玉）浑等。柔然，是北方草原古老民族东胡人（中国古族名）后裔，五世纪初兴起于蒙古草原，公元４０２年建立了强大政权，同北魏（公元３８６年－公元５３４年）争夺西域。高车，亦称敕勒、铁勒，最初游牧于贝加尔湖及鄂尔浑河、土拉河流域。公元４８７年，高车副伏罗部首领阿伏至罗与其弟穷奇率所属十余万部落（户）西迁，在车师前部（今吐鲁番交河故城）西北建立高车国。（厌左加口旁）哒，起于塞北（古指长城以北地区），五世纪末东进塔里木盆地，南攻月氏，建立政权，并越过帕米尔高原，曾一度控制南疆部分地区。吐谷浑源于鲜卑（中国古族名），四世纪初自辽东（泛指辽河以东地区）西迁，逐渐控制了今甘南（甘肃南部地区）、四川和青海地区的氐（中国古族名）、羌等民族，建立政权。
    隋（公元５８１年－公元６１８年）唐（公元６１８年－公元９０７年）时期，突厥、吐蕃等古代民族对新疆历史进程产生了重要影响。突厥是公元六世纪到八世纪活跃于中国西北和北方草原的古代游牧民族。公元５５２年突厥首领土门打败柔然，以漠北（蒙古高原大沙漠以北地区）为中心建立政权，尔后分裂为东西两部，为争夺汗权争斗不休。八世纪中叶，东、西突厥汗国相继灭亡，其后裔融入了其他民族之中。吐蕃是藏族的祖先，六世纪末兴起于青藏高原，占领青海后，开始与唐朝争夺西域。公元７５５年，中原地区爆发“安史之乱”（唐代安禄山、史思明发动的叛乱），大批驻守西域的唐军调往内地，吐蕃乘机占领南疆及北疆部分地区。
    公元８４０年，大批回鹘人进入新疆。回鹘，原称回纥，是铁勒（中国古族名）诸部之一。最初活动于色楞格河和鄂尔浑河流域，后迁居土拉河北。公元７４４年，发展壮大了的回鹘于漠北建立政权，并两次出兵帮助唐朝中央政权平息“安史之乱”。公元８４０年，回鹘汗国因自然灾害侵袭、统治集团内讧及黠戛斯（中国古族名）的进攻等原因而崩溃，其部众大部分向西迁徙。其中一支迁往今吉木萨尔和吐鲁番地区，后建立高昌回鹘王国；还有一支迁往中亚草原，分布在中亚至喀什一带，与葛逻禄、样磨等民族一起建立了喀喇汗王朝。自此，塔里木盆地周围地区受高昌回鹘王国和喀喇汗王朝统治，当地的居民和西迁后的回鹘互相融合，这就为后来维吾尔族的形成奠定了基础。
    １１２４年，辽朝（公元９１６年－１１２５年）皇族耶律大石率众西迁，征服新疆地区，建立西辽政权，一批契丹人（中国古族名）由此进入新疆。十三世纪初，成吉思汗率军进入新疆后，把他征服的地方分封给其子孙。回鹘人进一步同化、融合了部分契丹人、蒙古人。
    瓦剌，是明代（１３６８年－１６４４年）对漠西蒙古的总称，初分布于叶尼塞河上游地区，后不断向额尔齐斯河中游、伊犁河流域扩展。十七世纪初，逐渐形成了准噶尔、杜尔伯特、和硕特、土尔扈特四部。十七世纪七十年代，准噶尔占据伊犁河流域，成为四部之主，并统治南疆。
    十八世纪六十年代以后，清朝（１６４４年－１９１１年）政府灭亡了蒙古准葛尔部，废“西域”地名，改称新疆，为进一步加强新疆边防，从东北陆续抽调满、锡伯、索伦（达斡尔）等族官兵驻防新疆，他们成为新疆少数民族中的新成员。以后，又有俄罗斯、塔塔尔等民族移居新疆。至十九世纪末，新疆已有维吾尔、汉、哈萨克、蒙古、回、柯尔克孜、满、锡伯、塔吉克、达斡尔、乌孜别克、塔塔尔、俄罗斯共１３个民族，以维吾尔族为主体，形成了新的多民族聚居分布格局。