中原最早出现楼兰是在西汉西汉初年，大探险家张蹇出使西域，跋涉万里之遥，开拓丝绸之路。张赛到过西域重镇楼兰，从此以后，中原人民才知道楼兰的存在。根据张赛的亲身经历，司马迁在《史记》中正确地记载说：“楼兰、姑师邑有城郭，临盐泽。”就是说，楼兰城有城郭护卫，靠近罗布泊。他还记载说，楼兰“出玉，多葭苇、柽柳、胡杨、白草，民随畜牧逐水草，有驴马，多囊驼”。详细地记载了楼兰的风土人情。这是中国历史文献上第一次记载楼兰城。
西汉初年，匈奴势力强大，成为西部边境的一大心腹之患，此时，楼兰为匈奴所控制，成为匈奴屯兵、存粮的重要据点。后来，卫青、霍去病等名将相继击败匈奴，公元前77年，汉朝的军队控制了楼兰。在汉代边境和平期间，楼兰一直是丝绸之路上的重镇。那时的楼兰，驼队成群，商旅云集。
东晋后，中原群雄割据，混战不休，无暇西顾，楼兰终于被放弃，与中原往来断绝。人们渐渐忘记了楼兰古城的存在。但是，到了唐朝，中原地区的势力又复强大，唐朝与吐蕃又在楼兰多次兵戎相见。诗人王昌龄在《从军行》中曾写道：“青海长云暗雪山，孤城遥望玉门关。黄沙百战穿金甲，不破楼兰终不还。”可见，当时楼兰还是唐军的战略目标，它还存在于唐朝西部边陲。
唐朝以后楼兰便从我国历史上消失了直到一千年以后人们才再一次发现她据《史记 大宛列传》和《汉书 西域传》记载，早在2世纪以前，楼兰就是西域一个著名的“城廓之国”。它东通敦煌，西北到焉耆、尉犁，西南到若羌、且末。古代“丝绸之路”的南、北两道从楼兰分道。
中国魏晋及前凉时期西域长史治所。位于新疆罗布泊西北。因遗址中出土的汉文文书上，用“楼兰”佉卢文对音为“库罗来那”称呼该城而得名。20世纪初，英国人斯坦因等曾多次来此盗掘。50年代后，中国学者进行了调查和发掘。
楼兰属西域三十六国之一，与敦煌邻接，公元前后与汉朝关系密切。古代楼兰的记载以《汉书西域传》、法显还有玄奘的记录为基础。《汉书西域传》记载：“鄯善国，本名楼兰，王治扦泥城，去阳关千六百里，去长安六千一百里。户千五百七十，口四万四千一百。”法显谓：“其地崎岖薄瘠。俗人衣服粗与汉地同，但以毯褐为异。其国王奉法。可有四千余僧，悉小乘学。”玄奘三藏在其旅行末尾作了极其简单的记述：“从此东北行千余里，至纳缚波故国，即楼兰地也。”
汉时的楼兰国，有时成为匈奴的耳目，有时归附于汉，玩弄着两面派的政策，介于汉和匈奴两大势力之间，巧妙地维持着其政治生命。由于楼兰地处汉与西域诸国交通要冲，汉不能越过这一地区打匈奴，匈奴不假借楼兰的力量也不能威胁汉王朝，汉和匈奴对楼兰都尽力实行怀柔政策。
汉武帝派博望侯张骞出使大月氏，缔结攻守同盟失败。此后派遣大军讨伐远方的大宛国，又多次派遣使者出使西域诸国。这些使者通过楼兰的时候，楼兰由于不堪沉重的负担，以至杀戳使者。汉武帝终于派兵讨伐楼兰，结果作为降服的证据楼兰王子被送至汉王朝作人质。楼兰同时也向匈奴送去一个王子，表示在匈奴、汉之间严守中立。此后，汉远征军攻打匈奴一个属国时，楼兰王通匈奴，在国内屯驻匈奴的伏兵，激怒了汉朝廷。汉武帝再次派兵讨伐楼兰，直逼首府扦泥城，楼兰王大恐，立刻打开城门谢罪，武帝要其监视匈奴的动静。公元前92年楼兰王死去，招在汉朝作人质的王子回去继位，王子非常悲痛，不愿轻易回国，由其弟继承了王位。新王时间不长死去，匈奴趁这个机会以昔日在自己国家作人质的前国王的长子继承了王位，汉武帝听到这个消息后大吃一惊，迅速派使者前往劝诱新立国王至汉朝廷，欲扣作人质，未能成功。此后二三年间，汉与匈奴没有发生重大事件，表面上非常安定。楼兰国境接近玉门关，汉使者经常通过这个关门前往西域诸国，要经过楼兰境内名为白龙堆的沙漠，沙漠中经常有风，将流沙卷入空中形状如龙，迷失行人，汉朝不断命令楼兰王国提供向导和饮用水，因汉使屡次虐待向导，楼兰拒绝服从其命令，两者之间关系恶化。汉武帝最终派刺客暗杀了新国王。为在汉朝廷作人质的王子婚配一位美姬送回楼兰继承王位。但是国王战战兢兢害怕遭遇暗杀。汉武帝在保护国王的名义下派部队驻屯楼兰境内，从而为讨伐匈奴和西域诸国获得了主动权。以上是汉武帝时与楼兰的关系，此后汉王朝势力衰弱，楼兰再次背叛。
楼兰古城位于新疆塔里木盆地东端，在著名的罗布泊的西北角。古代塔里木河及其支流孔雀河沿着盆地的北缘向东流入罗布泊，在河流的尾端，形成一个冲积平原。古楼兰人正是在这个冲积平原上生存着。这里与甘肃省河西走廊的最西端的绿洲敦煌地区，是新疆地区与河西走廊之间距离最短的两个绿洲。早在上古时代，这里就成为新疆地区与黄河流域和东部地区交往的通道。
楼兰地区有人类生存的历史很悠久。根据科学的年代测定，现已测得的楼兰地区有人居住的最早年代为距今3800多年前。我国考古研究者在河南安阳殷墟发掘出土的大量玉雕品中，经鉴定，其所用的玉石原料是来自新疆和田地区。这就以实物证明了早在3000多年前，新疆地区与我国东部地区有着密切联系。我国最早的一部旅行记录《穆天子传》，是2900多年前周代穆王西征的真实记录。其中就记载了周穆王曾到过位于塔里木盆地东端的楼兰和罗布泊地区。周穆王用内地出产的丝绸织品与这里的人民交换玉石等物品。诸多事实表明，新疆地区与内地和东部地区交往的历史很悠久。
在距今2100多年前的汉代汉武帝时期，张骞经今甘肃河西走廊和新疆到达中亚地区，开通丝绸之路，以及汉代对丝绸之路的有效经营，使经丝绸之路的东西方经济文化交流大大发展，促进了楼兰地区的繁荣。虽然楼兰早在张骞出使西域以前就已有城的存在，但楼兰地区和楼兰城的发展，是在张骞开通丝绸之路、汉代对这里和对丝绸之路贸易的有效经营和管理。