西辽王朝建立后，由于深受汉文化和中原政权典章制度的影响，虽然僻处西域，耶律大石依然仿照辽国旧制，上尊号为“天佑皇帝”，并改元为“延庆”，册立皇妃萧氏为“昭德皇后”；同时规定王朝官方语言为汉语。作为附属国的喀什噶尔东部喀喇汗朝也深受影响。由于西辽统治者对伊斯兰教的宽容优待政策，喀什噶尔在西辽统治期间，在经济、文化方面也有相当的发展。据12世纪末期阿拉伯史学家依宾·艾尔阿梯尔记载，西辽在征服喀什噶尔后，并不干涉当地的治理，仅征收当地百姓每户每年一个迪纳尔的金币，各地首领只要在衣带上系一个西辽颁发的银制腰牌，就算西辽政权派驻当地的官吏了。
1143年耶律大石去世，儿子耶律夷列年幼，依据辽朝的传统，“遗命皇后权国”。皇后萧塔不烟摄政。她不仅“称制”，而且改元“咸清”，号称“感天皇后”。她本人也有相当统治能力，统治期间，社会安定，经济继续发展。
1144年回鹘遣使向金朝进贡，说耶律大石已死。金朝加粘割韩奴武义将军衔，出使西辽。1146年粘割韩奴经由高昌回鹘王国到达西辽直辖领地，正值感天后萧塔不烟到野外，粘割韩奴对感天后十分无礼，结果被感天后杀死。
感天后“权国”七年后，于1150年把政权交给儿子耶律夷列。夷列即位后，改元“绍兴”。绍兴元年（1151年）西辽进行人口普查，“籍民十八岁以上，得户八万四千五百户。”这充分表明了西辽的强盛。后来，西辽还令东部喀喇汗王朝出兵支援西部喀喇汗王朝平定葛逻禄首领的叛乱。
耶律夷列在位十三年，于1163年去世，庙号仁宗，儿子都年幼，“遗诏以妹普速完权国”。耶律普速完也“称制，改元崇福，号承天太后”。
西辽王朝发现随身携带武器的葛逻禄人始终是河中地区不安定的因素，决定给予彻底解决。1164年，菊儿汗耶律普速完命令西部喀喇汗王朝把布哈拉和撒马尔罕两地区的葛逻禄人迁往东部喀喇汗王朝领地喀什噶尔，他们到那里后不准再携带武器，从事农业或其他劳动。西部喀喇汗王朝执行命令，逼迫葛逻禄人迁徙，结果引起暴动，但很快被残酷地镇压下去。从此，葛逻禄人在河中地区的势力衰落。
西辽与西部喀喇汗王朝联合讨伐花剌子模。花剌子模战败，不久沙伊勒·阿尔斯兰死去，幼子苏丹沙继位，其兄特克什投奔西辽。特克什向西辽王朝保证每年进贡，菊儿汗耶律普速完命驸马萧朵鲁不率大军护特克什回国，苏丹沙及其母图尔罕逃走。特克什于1172年登上花剌子模沙的宝座，西辽王朝因此加强了对花剌子模的控制。但是在耶律普速完统治时期西辽王朝对东北部的控制减弱，1175年粘拔恩部和康里部有三万户归附金朝。
后来，耶律普速完与驸马之弟萧朴古只沙里通奸，封驸马为东平王，又罗织罪名把驸马处死。驸马的父亲萧斡里剌是西辽的元老，官拜六院司大王，是一位权势人物。当耶律普速完处死驸马后，1178年，他发动宫廷政变，杀死耶律普速完和萧朴古只沙里，将仁宗次子耶律直鲁古立为汗，改元“天穆”。西辽在感天后和仁宗统治时期，基本上贯彻执行耶律大石制定的国策，对外派兵，对内生聚，到承天后统治时期国力已相当雄厚，耶律直鲁古继位后，西辽达到鼎盛时期。同时，西辽的统治集团奢侈，开始腐化，对外连年用兵，对内加重剥削。耶律直鲁古在位朗间，一味娱乐游猎，不理政务，致使政治腐败，社会矛盾激化。
在卡特万会战之后，塞尔柱王朝的势力不仅完全退出河中地区，而且在呼罗珊地区也日趋衰落，代之而起的是阿富汗古尔王朝。古尔王朝在12世纪末已是阿姆河以南的大国，它于1197年占领了巴里黑（阿富汗马扎里沙里夫之西北）。该城的统治者原来每年向西辽王朝送缴土地税，古尔王朝占领巴里黑后，停止了该城向西辽王朝缴纳贡赋。同时古尔王朝还与花剌子模发生冲突，花拉子模沙特克什向西辽王朝求援。使臣对耶律直鲁古说，西辽王朝应该出兵报复，不然古尔王朝将像夺取巴里黑一样夺取花剌子模，然后进攻西辽。
西辽派塔阳古为统帅带领大军出征，1198年春渡过阿姆河，进入呼罗珊地区，同时花剌子模沙特克什也率军到达图斯。西辽军队进入古尔王朝后，占领了许多地方，到处抢掠、杀戮。西辽军队向古尔王朝的巴里黑城长官发出最后通牒：或是放弃巴里黑城，或是送缴像从前一样的贡赋。巴里黑城长官拒绝了，联合呼罗珊的一些城堡袭击西辽军队。结果西辽军队溃败，被追逐至阿姆河，许多士兵被赶进河中淹死，共损失一万二千人。西辽军队惨败的消息传到巴拉沙衮，耶律直鲁古大为震惊，向花剌子模沙派出使臣索取损失赔偿。特克什拒绝。菊儿汗派兵伐花剌子模，失败而还；花剌子模军追至布哈拉，并攻下该城。
1203年古尔王朝与花剌子模又发生战争。特克什已死，他的继承人摩诃末沙向西辽派出使臣求救。菊儿汗派塔阳古率领一万军队救援，西部喀喇汗王朝苏丹苏丹·奥斯曼也率军参加。古尔王朝苏丹什哈布·丁听到消息后仓皇撤兵，在安都淮沙漠被西辽军队包围，双方展开激战。古尔军队有五万人死于战场，古尔苏丹逃脱，进入城堡。西辽军队又把城堡团团围困，经奥斯曼说和，古尔苏丹交出赎金，西辽军队释放了古尔苏丹。西辽军队虽然获得胜利，但是付出了很大的代价，对西辽并没有带来实际好处，相反却为花剌子模在呼罗珊的发展扫清了道路。
与此同时花剌子模也开始逐步兴起，显露出摆脱西辽统治，在中亚地区称霸的倾向。随着花剌子模国力的增强，摩诃末沙不甘心于自己的附庸地位，便停止了给西辽的年贡。耶律直鲁古派宰相马赫穆德三依督责贡赋。当时摩诃末正准备对钦察发动战争，既怕西辽大兴问罪之师，又不愿以藩属的身份接待使臣，便请母亲图儿罕可敦来处置。图儿罕可敦以尊崇的礼节接待西辽的使臣，缴纳了所欠的年贡，并派出几名贵族随马赫穆德巴依朝见菊儿汗，表示迟纳年贡的歉意，保证今后恪守藩属的义务。但是，摩诃末沙征钦察胜利返回后，不仅停止了对西辽王朝的贡赋，而且开始征服整个河中地区。
1206年，布哈拉爆发了桑贾尔领导的人民起义，摩诃末沙认为这是征服河中地区的大好时机，便率军进入河中地区，攻占布哈拉，镇压了人民起义。摩诃末同西部喀喇汗王朝的奥斯曼结成同盟，与西辽对抗，但被西辽打败。摩诃末沙退回花剌子模。奥斯曼转向西辽，并向菊儿汗的女儿求婚，但遭到拒绝，于是再转向花剌子模。
1210年，摩诃末沙再次出兵，进入河中地，受到奥斯曼的热烈欢迎；但他们不再是平权的盟友，而是宗主与附庸的关系。摩诃末沙为动员广大穆斯林支持自己，煽起他们的宗教狂热，宣布对西辽进行“圣战”。他在怛逻斯附近打败西辽军队，并俘虏了其主帅塔阳古。从此摩诃末沙威名大震。
西辽在对付帝国西部的花剌子模国和西部喀喇汗主朝的叛离而失败的同时，西辽在各个属国的官员也日趋腐化。东部的高昌回鹘王国于1209年杀死西辽王朝的监督官投靠蒙古国，1211年葛逻禄部首领阿儿斯兰汗也投奔成吉思汗。这样，西辽王朝只剩下东部喀喇汗王朝这一个附庸国。后来东部喀喇汗王朝也起兵造反，菊儿汗出兵镇压，并把喀喇汗王朝的穆罕默德俘虏，囚禁于巴拉沙衮，才稳定住局势。但是这时西辽王朝的直辖领地，情况也已与全盛之时不可同日而语。西辽王朝气数将尽，离灭亡已经不远了。
1208年冬，屈出律只好去投奔西辽王朝的菊儿汗。屈出律到巴拉沙衮后，有一段时间为菊儿汗供职。当花剌子模的摩诃末沙起兵反对西辽时，东方的属国、属部也起来造反，西辽处境困难。这时屈出律提出让他去纠集乃蛮旧部，以强大西辽。耶律直鲁吉接受了他的建议，赏赐他许多财宝，并封他为可汗。
铁木真在统一蒙古的过程中，曾消灭了一个大部族——乃蛮。乃蛮部灭亡后，乃蛮太阳汗的儿子屈出律（古出鲁克）逃到西域。铁木真曾派哲别去追杀，但却没成功，屈出律跑到西辽。当时西辽国王是古儿汗（菊儿汗，直鲁古汗），年事已高，且神志不清，由于屈出律善于阿谀奉承，老国王很快喜欢上了这个投奔者，并把一个女儿嫁给了他。屈出律却忘恩负义，为夺取西辽王位，谎称要收聚自己的残部以复兴乃蛮部。乃蛮部的散兵游勇因而不断汇集到西辽，屈出律的势力越来越大。他暗中联络花剌子模国王，要求帮他发动武装政变夺取西辽政权。这样，里应外合，屈出律一举夺得西辽的王位。这是宋宁宗嘉定四年（1211年）的事情。从历史学的角度说，政权从契丹人手里转到乃蛮人手里，西辽国实际不存在了。
但掌权后的屈出律并未再建立新的国家，因而仍被后人称为西辽。宋宁宗嘉定十一年（1218年），成吉思汗派大将哲别率两万骑兵讨灭西辽。这不但是为了消灭旧敌屈出律，而且是为其西征扫除障碍，因而成为第一次西征的序幕。屈出律在巩固政权后，残忍的本性就暴露了出来，开始进攻西辽原来的附属国，并对原西辽的臣民进行残酷压迫。西辽人大都信奉伊斯兰教，而屈出律信奉基督教，但他一个爱妃信奉佛教。这个妃子劝他皈依佛教，放弃基督教。于是屈出律下令，强迫人们放弃信奉伊斯兰教，而在另两种信仰中选择：要么信奉佛教，要么信奉基督教；并且改穿汉服，否则就被驱逐出境。这下就产生了宗教矛盾，广大民众被激怒了。
元太祖十年（1215年），成吉思汗攻占金朝中都（今北京）后，得知屈出律逃至西辽并篡位，篾儿乞部也附属于他，聚集兵力意图反攻复国。为解除后顾之忧，成吉思汗回蒙古本土后，于十二年派哲别将军率两万骑兵西征屈出律。派长皇子术赤和速不台率兵两万消灭篾儿乞部残部。
哲别率蒙古军攻入西辽后，便利用宗教信仰矛盾，向当地人声明，宗教信仰是自由的，宗教信仰应自己选择，尤其要保持自己祖先的宗教传统。同时宣布，蒙军到西辽只是为了抓获屈出律，决不与当地百姓为敌。结果深得人心，广大的伊斯兰教徒、原西辽的文臣武将，都拥护蒙军剿灭屈出律。哲别率领大军浩浩荡荡攻至柯散城（苏联中亚塔什干东南）。守将是原西辽国王古儿汗的部下，对屈出律早已恨之入骨，见蒙军到来，便下令开城投降。哲别率军顺利地进入西辽都城八剌沙衮（吉尔吉斯共和国托克马克）。屈出律率众逃跑，蒙军则沿路追杀。沿途的穆斯林教徒自动组织起来，帮助蒙军追杀屈出律。屈出律如丧家之犬，落荒而逃，最后逃到一个叫撒里黑库尔的地方，仅剩下二十三个随从，在山谷里又迷了路，被当地猎人抓住，交给了蒙军。哲别下令割下屈出律的脑袋。至此，西辽基本上被征服了，蒙军打通了西征花剌子模的道路。