汉武帝时，张骞到达西域时，于公元前129～前128年间抵达帕米尔高原以西，首先到达大宛，大宛早就听说汉朝富有，期望同汉朝建立直接的联系，大宛王听说张骞此行目的后，遂派向导和译人将张骞护送到了康居。据他归国后说，当时大宛大小属邑有七十多个，人口有几十万，是一个农牧业兴盛的国家，产稻、麦、葡萄、苜蓿，尤以出汗血马著称。大宛西北邻康居，西南邻大月氏、大夏，东北临乌孙，东行经帕米尔的特洛克山口可达疏勒，在当时东西交通上占有相当重要的位置。大宛久闻汉朝富饶，欲通不得，见汉使来到，深表欢迎。
汉武帝听说大宛出产好马，于太初元年(公元前104年)命使臣携带金帛去换取，由于双方意见冲突，换马不成，使臣也被杀害。武帝怒，命大将军李广利率兵往讨。初征不利，至大宛东境郁成即战败。武帝命发兵运粮再西讨，于太初四年攻克其首都，杀大宛王毋寡，另立国王，从此大宛服属汉朝。大宛首都贵山城，或以为位于锡尔河上游支流上的卡散，或以为是俱战提;贰师城可能是今乌勒塔白。学界对此两地的今地名问题，尚有分歧意见。大宛国直至魏、晋时仍在故地。
前130年左右，汉朝大使张骞出使西域时曾来过此地，并于中国《史记》、《汉书》都有记载。中国史书中记载，大宛拥有相当规模的城市文明，当地居民五官多有高加索人种的特征，并居住在城墙环绕的都市中，风俗与南方大夏相同。
大宛名称可能是亚历山大大帝于前329年征服了帕米尔高原西部的费尔干那盆地后，因殖民于此地的古希腊人后裔关系所取的，名称上“宛”很可能是从古印度巴利语的耶婆那(Yavana)转译而来。耶婆那在当时泛称中亚的希腊人，从爱奥尼亚人(Ionians)转译而来，故此，“大宛”在字义上很可能是“大爱奥尼亚”。大宛在希腊化的塞琉古帝国和巴克特里亚的统治下逐渐兴盛繁荣，直到公元前160年遭到大月氏迁徙的影响，与希腊世界隔离。
在历史上，大宛与中国之间的交流代表西方印欧民族文明首次大规模与中国文明接触。此后，从公元前1世纪直到公元15世纪，东方与西方世界靠着丝绸之路持续交流接触。
中亚古国，位于帕米尔高原的西麓，今中亚的费尔干纳盆地一带，地处东西方陆路交通要地，首都贵山城(一说即卡萨，一说即俱战堤)，原始居民以东伊朗语族的塞种人为主。希腊-巴克特里亚王国最盛时曾占有该处，在各地修筑了古典希腊式堡垒。汉武帝时，张骞西使大月氏，首先到达大宛。当时大宛有大小属邑七十余城，人口数十万，农业和畜牧业兴盛，产稻﹑麦﹑苜蓿﹑葡萄等，葡萄多用于酿酒，富人藏酒至万石，且以出汗血马著称。后张骞使乌孙时，又曾遣副使使大宛。武帝闻大宛有良马在贰师城(今苏联乌腊提尤别)，遣使者持千金及金马去换良马。因双方意见相左，换马不成，使臣亦被杀。武帝乃于太初元年(公元前104年)拜李广利为贰师将军率军往讨。李广利至大宛东边属邑郁成(今奥希)，攻不能下，败退敦煌。武帝再增兵添粮，困大宛都城40余天。太初四年，大宛贵族杀大宛王毋寡求和，李广利许之，得良马数十匹，中马以下三千余匹，立亲汉贵族昧蔡为大宛王而归。岁余，大宛贵族杀昧蔡，立毋寡弟蝉封为王，遣子质于汉。此后，大宛服属于汉。
东汉时，一度臣服于莎车。西晋太康六年(285)，武帝使杨颢拜其王蓝庾为大宛王。蓝庾卒，其子摩之立，遣使贡汗血马。南北朝以降，大宛为昭武九姓统治，史称破洛那﹑钹汗﹑钹汗那等。唐代称其为宁远国，或拔汗那。明清时为浩罕汗国。
希腊化时期
亚历山大大帝于前329年征服费尔干纳，并在费尔干纳盆地南方，锡尔河南岸建造绝域亚历山大里亚城，位置在今日塔吉克的苦盏。绝域亚历山大里亚城城墙周长总计6公里，亚历山大如同他其他建造的同名城市一样，安置许多退役老兵和希腊雇佣兵在城内定居，希望作为国境外围聚点和日后远征的前进基地。
亚历山大逝世后，整个巴克特里亚、中亚河中地区和费尔干地区还在希腊化塞琉古帝国手中，直到约前250年，巴克特里亚总督狄奥多特一世宣布独立，脱离塞琉古帝国，建立大夏，大宛才落入大夏的统治。
大夏统治期间
(前250年–前160年)
大夏欧西德莫斯一世在位时，持续保持对大宛的统治，根据希腊历史学家斯特拉波记载，此时希腊人统治大宛的国境超过亚历山大时期，使国境拓展到丝国和弗林尼相接。推测可能扩张到今日中国新疆境内的喀什噶尔一带，在新疆天山北麓一带也发现许多希腊特色的小雕像。
历史学家庞培乌斯·特罗古斯记载，大约在公元前160年左右，大宛地区似乎遭到塞人部落入侵，在西方史书中塞人被称为塞克(Sacae)，并叙述塞克人和其他游牧民族入侵大夏王国。根据中国汉书记载，塞人部落原居于乌孙(今日的伊犁河河谷的伊塞克湖附近)，因大月氏在前176年遭到匈奴单于冒顿攻击而西迁，使大月氏攻击当地乌孙的塞人部落，并占据其地，而塞人可能南迁到大宛。
近代历史学家William Woodthorpe
Tarn认为，因当时大夏此时与南方的印度-希腊王国发生冲突，当时大夏国王欧克拉提德一世刚篡夺欧西德莫斯王朝，他和他的军队此时在印度作战，之后欧克拉提德更被自己儿子谋杀，使得国家无力保卫大宛的领土，让塞人得以占领大宛，而后继的赫利奥克勒斯专注于王国复苏，并入侵印度次大陆西北部，对于外围的其他省份只得放弃。
罗马历史学家库提乌斯记载，在他写作的年代，约公元前30年时，这些希腊裔军人的后代仍然保持着他们的希腊文化。
塞人统治期间
当西汉使节张骞约在前128年来到大宛，他提到大宛拥有高度的城市文明，且种植稻麦，然而张骞也提到大宛人善长养马，且当地出产汗血马，其军队中有为数不少的弓骑兵。
在当时大宛，可能形成游牧的塞人阶级统治农业生产的原居民。在前106年到前101年爆发汉攻大宛之战时，汉书记载大宛王名曰“毋寡”，可能是塞人语中的常用名字(Mauakes)转译而来。
大月氏迁徙
根据《汉书》记载，公元前155年左右，大月氏在被乌孙的昆莫猎骄靡击败后，往西南迁移并经过大宛，于巴克特利亚北方的妫水北建立王庭定居，使大宛与希腊化的大夏联系被切断，之后大月氏更往南扩张，于前125年左右消灭大夏王国，于印度建立贵霜帝国。