汉朝在西域屯田始于公元前101年,汉将军李广利征服大宛后,率军在西域屯田。据《汉书· 西域传》记载,从敦煌西至盐泽(今罗布泊)都设立了驿亭,在轮台、渠犁(今库尔勒)均有田卒数百人,由使者校尉领护。细君公主出嫁乌孙后不久,西汉政府在乌孙北部的眩雷屯过田。
公元前77年,汉昭帝以杅弥太子赖丹为校尉,使轮台、渠犁屯田连成一片。同年又应鄯善王尉屠耆之请,派司马1人、吏士40人,在伊循(今若羌东)屯田,维护当地的安定。
公元前68年,随着汉朝与匈奴争夺车师(今吐鲁番)斗争的深入,汉宣帝派遣侍郎郑吉与校尉司马熹率免刑罪人及屯田士卒1500人屯田渠犁,边生产边为攻打车师(今吐鲁番盆地一带)积蓄力量。这年秋天,车师被攻破,郑吉又以士卒300人屯田车师。
公元前60年,匈奴日逐王降汉,汉朝统一西域设置西域都护府,从此,汉朝在西域的屯田在西域都护府领导下进行。屯田的目的也发生了变化,过去的屯田主要是为了对付匈奴,这时的屯田主要解决汉朝军队和官吏的生活需要。
公元前53年汉宣帝令常惠“将三校屯赤谷”,随常惠在赤谷屯田的辛庆忌后来升为校尉,又率士卒在焉耆屯田,成为专管焉耆屯田的官吏。
公元前48年,汉朝政府将屯田中心从渠犁转移到车师,并在此设立了戊己校尉,统领屯田事务。
汉朝在西域实行屯田后,桑弘羊建议“通利沟渠”,也就是开凿沟渠灌田,对汉代及以后的西域屯田和水利建设都有很大的影响。赴西域屯垦的兵民一边开垦荒地,一边兴修水利。他们在莎车、喀什、和田、若羌一带修建了大量的农田水利工程,这些水利工程遗址至今仍保存着。
汉朝在西域的屯田是一个创举,不仅把中原的种植技术、冶铁技术传播到西域,还把在西域学习到的栽培技术和当地特产带回中原,加强了中原同西域生产技术乃至民众情感的交流。