在古代歷史上，曾有許多部落、民族在新疆聚居。新疆居民的族屬，從漢代（西元前206年-西元220年）開始才有明確的記載，當時主要有：塞、月氏（音：肉支）、烏孫、羌、匈奴和漢人。
塞人，原遊牧于東起伊犁河、楚河流域，西抵錫爾河地區。因被月氏排擠而西遷，一部分退至錫爾河北岸，另一些南下帕米爾，散居各地。月氏人，戰國（西元前475年-西元前221年）時期活動於河西走廊到塔裏木盆地的廣大地區，秦（西元前221年-西元前206年）漢之際最為強盛。西元前176年前後，受匈奴的攻擊，被迫向伊犁河流域遷徙，驅走那裏的塞人而居其地。烏孫，最初活動於河西走廊。秦末漢初，受月氏人的攻擊而依附於匈奴，後在匈奴的支援下，襲擊月氏人，並將其逐出伊犁河流域。羌人，最初活動於黃河中上游地區。春秋（西元前770年-西元前476年）戰國時期，一部分羌人經河西走廊，沿祁連山、崑崙山向西遷徙，從而在新疆留下了足跡。匈奴人，主要是在西元前176年前後進入新疆的。漢人，是較早進入新疆地區的民族之一。西元前101年，漢朝軍隊開始在輪臺、渠犁等地屯田，後來擴大到全疆各地，各屯田點成為漢人進入新疆後最初的分佈區域；西元前60年西域都護府設立以後，或為官、或從軍、或經商，進入新疆的漢人連續不斷。
魏晉南北朝（西元220年-西元589年）時期，是中國民族大融合時期，各民族遷徙往來頻繁，又有許多古代民族進入新疆，如柔然、高車、口厭噠、吐谷（音:玉）渾等。柔然，是北方草原古老民族東胡人（中國古族名）後裔，五世紀初興起于蒙古草原，西元402年建立了強大政權，同北魏（西元386年-西元534年）爭奪西域。高車，亦稱敕勒、鐵勒，最初遊牧于貝加爾湖及鄂爾渾河、土拉河流域。西元487年，高車副伏羅部首領阿伏至羅與其弟窮奇率所屬十余萬部落（戶）西遷，在車師前部（今吐魯番交河故城）西北建立高車國。口厭噠，起于塞北（古指長城以北地區），五世紀末東進塔裏木盆地，南攻月氏，建立政權，並越過帕米爾高原，曾一度控制南疆部分地區。吐谷渾源於鮮卑（中國古族名），四世紀初自遼東（泛指遼河以東地區）西遷，逐漸控制了今甘南（甘肅南部地區）、四川和青海地區的氐（中國古族名）、羌等民族，建立政權。
隋（西元581年-西元618年）唐（西元618年-西元907年）時期，突厥、吐蕃等古代民族對新疆歷史進程產生了重要影響。突厥是西元六世紀到八世紀活躍于中國西北和北方草原的古代遊牧民族。西元552年突厥首領土門打敗柔然，以漠北（蒙古高原大沙漠以北地區）為中心建立政權，爾後分裂為東西兩部，為爭奪汗權爭鬥不休。八世紀中葉，東、西突厥汗國相繼滅亡，其後裔融入了其他民族之中。吐蕃是藏族的祖先，六世紀末興起于青藏高原，佔領青海後，開始與唐朝爭奪西域。西元755年，中原地區爆發“安史之亂”（唐代安祿山、史思明發動的叛亂），大批駐守西域的唐軍調往內地，吐蕃乘機佔領南疆及北疆部分地區。
西元840年，大批回鶻人進入新疆。回鶻，原稱回紇，是鐵勒（中國古族名）諸部之一。最初活動於色楞格河和鄂爾渾河流域，後遷居土拉河北。西元744年，發展壯大了的回鶻于漠北建立政權，並兩次出兵幫助唐朝中央政權平息“安史之亂”。西元840年，回鶻汗國因自然災害侵襲、統治集團內訌及黠戛斯（中國古族名）的進攻等原因而崩潰，其部眾大部分向西遷徙。其中一支遷往今吉木薩爾和吐魯番地區，後建立高昌回鶻王國；還有一支遷往中亞草原，分佈在中亞至喀什一帶，與葛邏祿、樣磨等民族一起建立了喀喇汗王朝。自此，塔裏木盆地周圍地區受高昌回鶻王國和喀喇汗王朝統治，當地的居民和西遷後的回鶻互相融合，這就為後來維吾爾族的形成奠定了基礎。
1124年，遼朝（西元916年-1125年）皇族耶律大石率眾西遷，征服新疆地區，建立西遼政權，一批契丹人（中國古族名）由此進入新疆。十三世紀初，成吉思汗率軍進入新疆後，把他征服的地方分封給其子孫。回鶻人進一步同化、融合了部分契丹人、蒙古人。
瓦剌，是明代（1368年-1644年）對漠西蒙古的總稱，初分佈于葉尼塞河上游地區，後不斷向額爾齊斯河中游、伊犁河流域擴展。十七世紀初，逐漸形成了準噶爾、杜爾伯特、和碩特、土爾扈特四部。十七世紀七十年代，準噶爾佔據伊犁河流域，成為四部之主，並統治南疆。
十八世紀六十年代以後，清朝（1644年-1911年）政府為進一步加強新疆邊防，從東北陸續抽調滿、錫伯、索倫（達斡爾）等族官兵駐防新疆，他們成為新疆少數民族中的新成員。以後，又有俄羅斯、塔塔爾等民族移居新疆。至十九世紀末，新疆已有維吾爾、漢、哈薩克、蒙古、回、柯爾克孜、滿、錫伯、塔吉克、達斡爾、烏孜別克、塔塔爾、俄羅斯共13個民族，以維吾爾族為主體，形成了新的多民族聚居分佈格局。
