西汉时，把阳关和玉门关以西及今新疆乃至更远的地方，称作西域。西汉初年，西域共有16国。
汉武帝小的时候，亲自经历了一次把一个姐姐送给匈奴的经历，他的内心汹涌澎湃，从那个时候就立志要攻打匈奴，再也不要汉朝打了败仗，让女人们去做替罪羊。
他刚登上皇位不久，汉朝抓回来一些匈奴俘虏。汉武帝从他们口中知道了西域的一些情况，这些俘虏得到了优待，就告诉汉武帝说：“原先在敦煌以东，祁连山以西的地区有个大月氏国，他们也非常强大，但他们不擅马战，被匈奴打得大败，甚至连他们的国王也被杀死。匈奴人把国王的头颅砍了下来，把皇帝的妃子抢走，大月氏人受到极大的侮辱，被迫逃到了西域去，他们跟匈奴有不共戴天之仇，很想找到合适的人和他们一起攻打匈奴。”
汉武帝听了，很感兴趣。他想，月氏在匈奴的西边，汉朝如果能和月氏联合起来，就可夹击匈奴了，到时候谅他有三头六臂也难以招架了。但是西域是一个未知之地，并且还要经过匈奴的地盘，没有能力的人可能完不成这个使命。于是，汉武帝就下了一道诏书，公开招募能人去联络大月氏。当时，谁也不知道月氏国在哪里，有多远，要担负起这个任务，需要极大的勇气，所以一直没有人来应诏。
有个叫张骞的郎官，认为这事关系到汉朝未来的命运，以一腔报国的热情报了名，汉武帝考察了一下他的情况，觉得合适，就给他挑选了一百多名随从，其中有一个匈奴族人，叫堂邑父，他后来成了张骞的得力助手。
张骞，汉中人，汉武帝建元年间为郎官。
当时，投降汉朝的匈奴人说匈奴打败月氏王后，用月氏王的头作为饮酒的用具，月氏人逃走了并且很怨恨匈奴，但是没有人援助它共同打击匈奴。汉朝此时正打算消灭匈奴，听到这话，想派人出使月氏，但途中必经匈奴地区，于是就招募敢于出使月氏的人。张骞以郎官的身份应募。
他出使月氏，带着姓堂氏邑的奴隶名叫甘父（简称堂邑父，匈奴人）的，一道从陇西出发。在经过匈奴地区时，被匈奴人抓获，用传车送至单于处。
单于说：“月氏在我们的北面，汉朝为什么要向月氏派使者？我想派使者到南越，汉朝肯答应我的使者去吗？”就扣留了张骞十余年，还给他娶了妻子，有了孩子。
可是张骞始终保留着汉朝出使用的节旄，没有丢失。
张骞住在匈奴的西边。他乘机与他的部下向月氏方向逃去。他们向西逃了数十日，到达大宛。
大宛人早就听说汉朝富庶，想和汉朝往来，但未能办到。这些人见到张骞来，就问张骞要到哪儿去。
张骞说：“我出使月氏，路上被匈奴所阻拦。如今逃出来，希望大王您派人做向导送我一下，果真到达大月氏的话，我回到汉朝，汉朝送给您的礼物会多得说不完。”
大宛王认为张骞说得对，打发走张骞，并为他派了翻译和向导，送到康居。
康居人又将他们送到大月氏。此时，大月氏王已为匈奴所杀，大月氏人拥立了王的夫人为王。他们已征服并占领了大夏，成为这里的君主。这里土地肥沃，很少有外来的侵扰，他们过着安宁快乐的生活，又白认为远离汉朝而疏远了与汉朝的关系，根本没有报复匈奴之心。
张骞从大月氏到大夏，一直没有得到结果。
张骞在那里停留了一年多，回来时，沿着昆仑山、阿尔金山和祁连山一路行来，可是又被匈奴人抓住。
张骞在匈奴被扣留了一年多。恰逢单于死，匈奴内部混乱，张骞便与他的匈奴妻子及堂邑父一起逃回汉朝。
汉武帝授予他为太中大夫，堂邑父为奉使君。
张骞为人坚强而有毅力，宽宏大量，待人真诚，少数民族人喜欢他。堂邑父匈奴人，善于射箭，在穷困危急的关头，就射取禽兽作为食物。当初，张骞出行时有一百余人，去了十二年，只有他和堂邑父两人回来。
张骞亲身所到过的地方，有大宛、大月氏，大夏、康居等国。他听说在这些国家的旁边还有五六个大国，他一一向汉武帝讲述了这些国家的地形和物产。
张骞说：“我在大夏的时候，见到邛那个地方的竹杖和蜀郡产的细布，问他们从哪儿得到这些东西。大夏国人说：‘是我国的商人从身毒国（印度）买来的，身毒国在大夏东南、大约有数千里地。那里的风俗是过着定居的生活，和大夏相同，但地势低洼，潮湿，气候炎热。那里的人骑着大象打仗，国家濒临大水。’根据我的推测，大夏距离汉朝约有一万二千里，在汉朝的西南，现在是身毒，又在大夏东南数千里，有蜀郡的物产，这样看来，身毒距离蜀不远。现在出使大夏，从羌族地区经过，很危险，羌族人很厌恶汉朝；稍稍往北，则会被匈奴人俘获；如果从蜀郡走，当是方便的道路，又无侵扰。”
汉武帝听说大宛和大夏、安息等国家都是大国，有许多奇怪的物产，又过着定居的生活，与汉朝的风俗相同，而兵力很弱，很看重汉朝的财物；其北方则是大月氏、康居等国，兵力强大，可以用赠送财物、给他们好处的方法，诱使他们前来朝见汉天子。如果真能够这样做并用道义的力量使他们归附汉朝，那时汉朝就可扩大疆土一万余里，汉朝的威望德泽就可普及四海。
汉武帝很高兴，下令通过蜀郡和犍为郡派遣探路的使者，分四路同时出发，各有一二千里路程，可是北方的通道为氐族和莋夷所阻挡，南方的通道为嶲和昆明所阻。昆明等少数民族没有君长，善于劫掠和盗窃，每每杀害过往的汉使，夺走财物，这条路终于没能打通。
听说昆明西边大约千余里的地方，有乘象国，名叫滇越、蜀郡有些私自往来买卖货物的商人到过那儿，于是，汉朝因寻求通往大夏的道路而开始与滇国往来。
汉朝想与西南夷通使，由于费用太多，停止了这项。T作。及至张骞说可经西南夷通往大夏，汉朝才着手打通西南夷之路。
张骞以校尉的身份跟随大将军卫青出击匈奴，因为他了解水草分布的地方，军队才能不缺给养，于是封张骞为博望侯。这年是公元前123年。
两年以后，张骞作为卫尉，与李广将军一起从右北平出发抗击匈奴，匈奴包围李将军，汉军伤亡惨重，而张骞晚于约定的时间到达，按军法当处以斩刑，他用官爵赎为平民。
这一年，骠骑将军霍去病在西边打败匈奴，杀数万人，直至祁连山。秋天，匈奴浑邢王率领他的部众投降汉朝。于是，从金城、河西走廊，沿祁连山直至盐泽一带空无匈奴。匈奴偶有侦察兵前来，但也为数很少。
又过了两年，汉朝击退匈奴单于并赶往漠北。
汉武帝多次向张骞询问大夏等国的情况，并授予张骞中郎将的官职，率领三百人，每人马各二匹，赶着上万计的牛羊，随身携带价值数千巨万的黄金和礼物，还有许多持节副使随行，出使乌孙。
张骞到达乌孙后，将汉武帝的礼物送给乌孙王并转达了汉武帝的旨意，但未能获得乌孙王的明确表态。张骞又分别派遣副使出使大宛、康居、月氏、大夏。乌孙王派翻译向导护送张骞。乌孙使者数十人，马数十匹随张骞回汉朝答谢汉武帝，趁机让他们察看汉朝的情况，了解到了汉朝的广大。
张骞返回汉朝，被授予大行官。一年多后，张骞去世。
又过了一年多，他所派遣去通大夏等国的副使大都与这些国家的使节一同回到汉朝，于是西北各国开始了与汉朝的交通往来。张骞开辟了通西域的道路，后来出使西域的人都仿效张骞，称博望侯，以取信于外国，外国人因此而信任他们。
汉朝开始从令居向西筑塞，新设酒泉郡，以便于通往西域各国。汉朝于是增派使者到安息，奄蔡、犛轩、条支、身毒国。且汉武帝喜欢大宛马，出使西域的使者相望于道，一批多者数百人，少者百余人，所携带的东西，完全仿效博望侯张骞时的盛况。其后，随着对西域情况的日益熟悉，每批使者的人数越来越少，汉朝时大概一年中使者多则十余批，少则五六批，远的八九年，近的几年就可往返。
这个时候，汉朝已灭了南越，与蜀郡相通的西南夷都很震动，他们请求汉朝在那儿设置郡县并派官吏进行治理。汉朝在西南夷设置了牂柯、越嶲、益州、沈黎、文山郡，想用在西南夷设郡的办法，地界相接，向前通往大夏。
汉朝每年派使者十余批，从这些新设置的郡出发，但都再次被昆明夷所阻绝，汉使被杀、礼品遭劫。于是汉朝发兵出击昆明，斩首数万。
自从张骞开辟了通西域的道路而获得尊贵的地位，那些吏士争着上书谈论外国物产的稀奇古怪以及它们通使的利害关系，请求出使。
汉武帝因为西域偏僻遥远，并非人人都乐意去，便招募官吏和百姓而不问应募者的身份资历，以扩大出使西域人员的来源。这些人回来时，难免有劫掠和盗窃来的财物，以及执行使命时违背汉武帝的旨意，使者们大都将天子送给西域各国的礼物据为已有，想以较低的价格卖出以从中牟利。
外国人也厌恶汉使人人言语轻重不实，估计路远汉军不能到达，便断绝汉军的食物供应，使他们陷于困苦的境地。汉使生活穷困，谴责抱怨西域国家，以至于相互攻击。楼兰、姑师等小国，地处交通要道，攻击、劫掠汉使王恢等尤为厉害，且匈奴奇兵更是时时截击汉使。
使者们都在谈论征服这些国家对汉朝有利，不讨伐它则对汉朝有害，这些国家都有城邑，军队战斗力弱，易于攻击。于是汉武帝派从票侯赵破奴率领西域各属国骑兵及各郡兵力数万人反击匈奴，匈奴兵全部逃窜。
第二年，赵破奴击败姑师，俘虏了楼兰王。汉朝从酒泉郡起布列了边防哨所，直至玉门关。
汉使穷尽黄河的源头，那里的山多玉石，汉使采来返回汉朝，汉武帝查考了古地图书籍，将黄河源头所出之山命名为“昆仑山”。
这时，汉武帝正好多次到海边视察，身边竟全是外国客人跟随着。凡属大都市或人多的地方就打那儿经过，散发财物布帛进行赏赐，备办丰厚的礼物送给他们，以此来展示汉朝财力的雄厚，大行赏赐、酒池肉林，让外国客人遍观汉朝各仓库府藏的储积，想以此显示汉朝的广大，使他们对汉朝的强大既佩服又诧异。至于增加幻术家的技艺，角氐、奇戏花样的年年增变，它们的进一步兴起，就是从汉武帝时开始的。且外国使者不断地交替往来，络绎不绝。
大宛以西的国家都自恃离汉朝遥远，还是骄纵，汉朝没能使他们屈服，就是用礼尚往来的方式与他们保持联系，出使这些国家。
张骞孙张猛，字子游，颇有才智，元帝时为光禄大夫，出使过匈奴，加官给事中，被石显陷害而自杀。