蒙古人成吉思汗建立的蒙古帝国在他的孙子们时最后定型。因为蒙古实行的是幼子继承制，所以以中国的元朝帝国为大汗辖区，另外，还有服从大汗宗主权的四个相对独立的国家，即四大汗国，分别是钦察汗国(也称金帐汗国)，察合台汗国，窝阔台汗国和伊儿汗国。
四大汗国在研究蒙古和元代历史上具有特殊的重要地位。所有的历史学家和学者都绕不过对由四大汗国所组成的超级帝国的研究。他们名义上是一个统一的整体，但实际上又各自具有较强的独立性。四大汗国是蒙古统治者逐次在西征胜利中扩张领土的结果。四大汗国的出现，是蒙古族历史上，也是世界历史上的重大事件。
钦察汗国，也称金帐汗国，成吉思汗长子术赤的封地，主要辖区是东起额尔齐斯河，西至多瑙河，南起高加索山的地区，对于俄罗斯各公国享有宗主权。在其他汗国包括元帝国对于自己的领地的统治都出现问题的时候，金帐汗利用俄罗斯大公们之间的矛盾，统治相对稳定。直到俄罗斯英雄伊凡大帝的出现，使四分五裂的俄罗斯各城邦逐渐统一了起来。而与之相反，金帐汗国却开始分裂为喀山汗国、克里米亚汗国、西伯利亚汗国、阿斯特拉罕汗国等小汗国，最后被俄罗斯相继吞并。
察合台汗国，成吉思汗次子察合台封地，主要辖区在天山南北。1314年，原本让位与自己哥哥也先不花的察合台汗怯伯复位，把国都从阿力麻里迁至撒马尔罕，在河中地区提倡农业，实行改革，而也先不花汗则坚持游牧传统，汗国开始分裂为东、西两部。东部以阿力麻里为中心，包括喀什、吐鲁番一带;西部以撒马尔罕为中心，统治河中地区。
今新疆绝大部分地区在东察合台汗国统治之下。也先不花为东部汗，怯伯为西部汗。也先不花、怯伯死后，西域蒙古各部各自为政，互相攻杀。1348年，统治天山南路的杜格拉特部权臣布拉吉找到一个18岁的贵族秃黑鲁帖木儿，宣布他是也先不花的儿子，并在阿克苏拥立为汗。
历史上把秃黑鲁帖木儿统治的地区称为东察合台汗国。秃黑鲁帖术儿是第一个信奉伊斯兰教的蒙古汗，他用强制手段迫使天山以北16万蒙古人改信伊斯兰教。1363年，秃黑鲁帖木儿死，东察合台汗国发生内乱，布拉吉之弟卡玛鲁丁夺取了政权，并残杀秃黑鲁帖木儿的子女及眷属18人。
1389年，幸存的秃黑鲁帖木儿的幼子黑的儿火者即汗位，建都于别失八里;1418年，黑的儿火者之孙歪思汗，又把国都迁到亦力把里(今伊宁市)，所以东察合台汗国也称“别失八里国”和“亦力把里国”。东察合台汗国从1348年建立，历经8代、15位汗主政，到1514年被叶尔羌汗国取代，计立国166年。而西察合台汗国在秃黑鲁帖木儿死后不久，便被自己的将军铁木尔夺取了政权。
窝阔台汗国：成吉思汗第三子窝阔台的封地，领有额尔齐斯河上游和巴尔喀什潮以东地区。建都叶密立(今新疆额敏县)，1229年窝阔台继帝位后,将封地赐给其子贵由。1251年蒙哥汗即位后，以窝阔台系诸后王屡与作难，将封地分割,分授诸王,以去其势。
窝阔台子合丹领别失八里(今新疆吉木萨尔北破城子)，灭里领额尔齐斯河之地,窝阔台孙脱脱领叶密立,海都领海押立(今伊犁西)。1260年忽必烈称帝后,海都自以太宗嫡孙不得立,先后联合阿里不哥、乃颜、笃哇争夺帝位。1301年(大德五年)兵败走死，汗国势衰。1310年(至大三年),海都子察八儿为察合台系后王怯伯所败，封地并入察合台汗国。
伊尔汗国，又称伊利汗国，成吉思汗孙子旭烈兀西征后建立，是东滨阿姆河，西临地中海，北界里海、黑海、高加索，南至波斯湾的大国。今伊朗、伊拉克、南高加索的阿塞拜疆、格鲁吉亚、亚美尼亚和中亚的土库曼斯坦都由伊尔汗直接统治；阿富汗斯坦西部的赫拉特王国是伊尔汗的属国；小亚的罗姆素丹国名义上是属国，实际上由伊尔汗派官治理。
在合赞汗(1295-1304年)在位时，进行了一系列改革，1295年6月19日，他率领将士改宗伊斯兰教，当年11月3日即汗位，取名穆罕默德，自号素丹。此后，蒙古贵族和伊朗贵族日益合流，伊尔汗国组建成为一个伊斯兰国家。
在合赞汗死后不久，伊尔汗国便陷入混乱，1335-1378年的四十多年间，地方总督先后拥立八个伊尔汗，在争权夺利的混战中，建立了各自的封建小王朝：贾拉尔朝(1336-1411年)，1340年建立，据有伊拉克、阿塞拜疆、摩苏尔和迪亚巴克儿；克尔特朝(1245-1389年)，1342年独立称王，据有赫拉特和呼罗珊部分地区；穆札法尔朝(1313-1393年)，1353年建立，据有法尔斯、克尔曼和库尔德斯坦，称臣于开罗；赛尔别达尔国家(1337-1381年)，这是由起义农民于1353年建立的政权，据有呼罗珊北部。1380年以后，在伊儿汗国废墟上建立的各封建小王朝，先后被铁木儿帝国灭亡。