至少在汉朝的时候，中国已经有很详细的文字记载着这个古国的情况了。龟兹古国在东汉以后就已经成为西域的泱泱大国，龟兹国以库车为中心，东起轮台，西至巴楚，北靠天山，南临塔克拉玛干大沙漠，新疆的库车、拜城、新和、沙雅、轮台县一带，都曾是古代西域龟兹国的领地，其势力范围可见一斑。
汉朝时期
龟兹，在汉朝时为西域北道诸国之一。国都延城(今新疆库车附近)。其国东通焉耆，西通姑墨，北通乌孙。有人口8万余，佣兵2万余。在西域城郭诸国中最为强大。
公元前65年(西汉元康元年)龟兹王及夫人来朝，王及夫人皆赐印绶。夫人号称公主，赐车骑旗鼓，歌吹数十人，绮绣杂缯琦珍凡数千万。后数来朝贺，学习汉朝衣服制度，归国后，按汉朝制度治理宫室。汉成帝汉哀帝龟兹和汉朝关系亲密。
汉武帝通西域后，龟兹夹在西汉和匈奴两大势力之间，多次反复，袭杀汉使。公元前78年左右(汉昭帝元凤中)，汉使傅介子出使大宛，途经龟兹，责问其王。龟兹王向傅介子谢罪。待傅介子从大宛返回，龟兹王告诉他，匈奴使乌孙的使者返回也住在龟兹。傅介子率随从吏卒，袭杀匈奴使者。后汉昭帝采纳桑弘羊的建议，任命入汉为质的I弥太子赖丹为校尉，屯田轮台。
当初，李广利破大宛回军途经I弥，恰逢赖丹要去龟兹为质。李广利派人责问龟兹王，不许他入质别国王子，并将赖丹带回长安。这次汉使赖丹率军屯田轮台，龟兹贵人姑翼向其王进言：赖丹受汉官，逼近龟兹屯田，一定会对龟兹造成威胁。龟兹王听从姑翼之议，派兵攻杀赖丹，后又害怕，遂上书谢罪，西汉没有立即出兵。
公元前71年(汉宣帝本始三年)，长罗侯常惠，监护乌孙发兵5万大破匈奴后，回朝途中，上书请击龟兹，以偿杀赖丹之罪。大将军霍光令其见机行事。于是，常惠调集龟兹以西诸兵2万人，又遣副使调集龟兹东面诸国兵2万人，令乌孙发兵7千，从三面进击龟兹。龟兹王极为惊恐，急忙相告，杀赖丹是前王听信贵人姑翼所干，于己无关，并执姑翼来见常惠。常惠斩姑翼，罢兵。
其后龟兹王绛宾娶乌孙汉解忧公主之女为夫人。绛宾及其后多次入汉朝，与汉亲，诚心臣服于西汉。
公元46年(东汉光武帝建武二十二年)莎车王贤杀龟兹王，将龟兹分为龟兹、乌叠国(Bougour)，封则罗为龟兹王，封驷K为乌垒王。几年后，龟兹国人起义杀则罗、驷K，遣使匈奴，请立新王。匈奴立龟兹贵人身毒为龟兹王，于是龟兹属匈奴
公元73年(东汉汉明帝永平十六年)，汉使班超经营南道，北征匈奴，西域各国重与汉通。公元91年汉和帝永元三年)，龟兹降汉。汉以班超为都护，居龟兹它乾城。但因与中原交通被阻，西域都护撤回。终汉之世，龟兹叛服不常。魏晋时，龟兹遣使入贡。
其后，先后顺属前凉、前秦、北凉。又向北魏遣使朝献。
公元74年(东汉永平十七年)，班超从间道到疏勒，去兜题所居橐城九十里，遣吏田虑先往说降。兜题见田虑轻弱，无降意。田虑乘兜题无备，劫缚兜题，兜题左右惊惧奔走。田虑驰报班超，班超即赴之，召集疏勒全部将吏，说以龟兹无道之状，因立其故王兄子忠为疏勒王，疏勒国人大悦。疏勒王忠及官属皆请杀兜题，超不听，欲示以威信，释而遣之。疏勒由是与龟兹结怨。
公元75年(东汉永平十八年)，汉明帝驾崩。焉耆以中国大丧，遂攻没都护陈睦。超孤立无援，而龟兹、姑墨数度发兵攻疏勒。班超守盘橐城，与疏勒王忠为首尾，士吏单少，拒守岁余。
公元76年(东汉建初元年)汉章帝初即位，恐班超单危不能自立，下诏征超。疏勒两城自超去后，复降龟兹。
公元78年(东汉建初三年)，班超率疏勒、康居、于K、居弥兵一万人攻破姑墨石城，斩首七百级。班超欲因此叵平诸国，上疏请兵：“窃见先帝欲开西城，故北击匈奴，西使外国，鄯善、于K即时向化。今拘弥、莎车、疏勒、月氏、乌孙、康居复愿归附，欲共并力破灭龟兹，平通汉道。若得龟兹，则西域未服者百分之一耳…………今西域诸国，自日之所入，莫不向化，大小欣欣，贡奉不绝，惟焉耆，龟兹独未服从。臣前与官属三十六人奉使绝域，备遭艰厄。自孤守疏勒，于今五载，胡夷情数，臣颇识之。问其城郭大小，皆言“倚汉与依天等”。以是效之，则葱岭可通，葱岭通则龟兹可伐。今宜拜龟兹侍子白霸为其国王，以步骑数百送之，与诸国连兵，岁月之间，龟兹可禽。以夷狄攻夷狄，计之善者也。臣见莎车、疏勒田地肥广，草牧饶衍，不比敦煌、鄯善间也，兵可不费中国而粮食自足。且姑墨、温宿二王，特为龟兹所置，既非其种，更相厌苦，其势必有降反。若二国来降，则龟兹自破。愿下臣章，参考行事。”书奏，帝知其功可成，公元80年(建初五年)，发兵千人就班超。
公元82年(东汉建初七年)，疏勒王忠与龟兹密谋，遣使诈降班超。班超知其内奸而外伪许之。忠大喜，即从轻猗诣超。超密勒兵待之，为供张设乐，酒行，乃叱吏缚忠斩之，击破其众，杀七百余人，南道于是遂通。
公元84年(东汉建初九年)，龟兹、姑墨、温宿皆降;班超废龟兹王尤利多，立白霸为龟兹王。
魏晋南北朝
公元222年(魏文帝黄初三年)鄯善、龟兹、于阗王各遣使奉献。
《晋书·西戎》“龟兹国西去洛阳八千二百八十里，俗有城郭，其城三重，中有佛塔庙千所。人以田种畜牧为业，男女皆翦发垂项。王宫壮丽，焕若神居”。
公元285年(晋武帝太康中)，龟兹王遣子入侍。
公元382年(前秦建元十八年)苻坚之大将吕光率兵七万伐龟兹，龟兹王白纯不降，吕光进军讨平龟兹。
公元475年(北魏高祖孝文帝延兴五年)龟兹等国遣使朝贡。公元478年(太和二年)龟兹国献名驼龙马珍宝。公元479年(太和三年)吐谷浑、龟兹、粟特等国遣使朝贡。
公元5世纪后，龟兹先后沦于哒、吐蕃、回鹘之手，佛教文明曾受摧残。
隋唐时期
《隋书·龟兹》“龟兹国，汉时旧国，都白山之南百七十里，东去焉耆九百里，南去于阗千四百里，西去疏勒千五百里，西北去突厥牙六百余里，东南去瓜州三千一百里。龟兹王姓白，字苏尼咥。都城方六里。胜兵者数千。风俗与焉耆同。龟兹王头系彩带，垂之于后，坐金师子座。龟兹国土产多稻、粟、菽、麦，饶铜、铁、铅、皮、铙沙、盐绿、雌黄、胡粉、安息香、良马、封牛。隋大业中(公元615年)，龟兹国王遣使贡方物。”
唐初，龟兹与唐有交往，但仍附属于突厥。公元634年(唐太宗贞观八年)，龟兹、吐蕃、高昌、女国、石国遣使朝贡。公元642年(贞观十六年)唐太宗派遣昆丘道副大总管郭孝恪讨伐龟兹，破都城，郭孝恪自留守，龟兹国相那利率众遁逃。那利等率众万余，与城内降胡表里为应攻郭孝恪。郭孝恪中流矢死，将军曹继叔收复都城。公元648年(贞观二十二年)设安西节度使，抚宁西域，统龟兹、焉耆、于阗、疏勒四国。安西都护府治所，在龟兹国城内，管戍兵二万四千人。
公元644年(贞观十八年)，唐军攻焉耆，龟兹与焉耆连兵相拒。公元647年(贞观二十一年)，唐兵进击龟兹。翌年擒 其国王、权相，唐移安西都护府于龟兹。公元658年(显庆三年)唐将安西都护府迁至龟兹都城，下设龟兹、于阗、焉耆、疏勒四镇，龟兹开始成为唐朝统治西域的中心。由于吐蕃势力进入西域，唐被迫多次放弃龟兹等四镇。
公元667年唐高宗麟德四年)吐蕃陷白州等一十八州，又陷龟兹拨换城，之。罢安西四镇。公元675年(上元中)龟兹王白素稽献银颇罗、名马。
直到公元692年武则天长寿元年)，才恢复四镇 ，此后约百年间，安西都护府得以稳定在龟兹，故龟兹王城又称作安西。在公元790年(德宗贞元六年)前后为吐蕃攻占。
840年后，龟兹进入西州回鹘势力范围，人种也逐渐回鹘化。随着黑汗王朝(操突厥语的民族在今新疆、中亚建立的封建王朝)的强盛，大概在11世纪末 ，龟兹脱离西州回鹘，归附喀什噶尔汗，皈依伊斯兰教。从此，龟兹不再是一个独立或半独立的政权。公元1758年乾隆二十三年)归入清版图，定名库车。龟兹地区气候温热，盛产麻、麦、葡萄、梨、桃等;出良马、封牛;山中有矿，故黄金、铜、铁等冶铸业闻名西域;又因处在丝绸之路干线上，中转贸易发达，龟兹锦尤负盛名。在伊斯兰化以前，一直以佛教为国教，是西域小乘佛教的中心。龟兹乐从前秦吕光西征时传入河西，再入中原。隋乐有西国龟兹、齐朝龟兹、上龟兹三部。入唐后，龟兹乐又编为十部乐之一。
宋元时期
公元1001年宋朝咸平四年)、公元1010(大中祥符三年)、公元1013年(大中祥符六年)、公元1017年(天禧元年)、1021年(天禧四年)、公元1024年(天圣二年)、公元1029年(天圣七年)、公元1031年(天圣九年)、公元1037年(景v四年)、公元1071(宁熙四年)、公元1072年(宁熙五年)、公元1096年(绍圣三年)，龟兹前后遣使朝贡十二次。
公元11世纪末，回鹘的喀喇汗王朝改宗伊斯兰教，对西域诸佛国发起了旷日持久的“圣战”。公元14世纪，改宗伊斯兰的察合台汗秃黑鲁帖木儿对龟兹的佛教教徒进行了残酷的迫害，对佛教文化进行了毁灭性的破坏。佛教寺院庙宇被拆毁，佛像被捣毁，佛教经典文献被焚烧，佛教教徒被屠杀，具有千余年历史的龟兹佛教文化被破坏殆尽。当地佛教僧侣或被迫接受伊斯兰教，或逃往异国他乡，或抗拒被杀。