窝阔台后王海都所建的蒙古汗国。成吉思汗分封诸子，第三子窝阔台得到叶密立(今新疆额敏县附近)与霍博(今新疆和布克赛尔蒙古自治县)地区。窝阔台在位时，叶密立地区为长子贵由的封地，次子阔端则封于河西一带。
贵由汗死后蒙哥即位，大汗位便由窝阔台系转入拖雷系后王手中。窝阔台系后王中，除阔端与蒙哥友好，仍以河西之地为其封地外，其他宗王多被迁谪，窝阔台的封国被分划成几处小的封地。
蒙哥驾崩后，阿里布哥与忽必烈争夺大汗位，海都依附于阿里布哥，与忽必烈为敌。阿里布哥失败后，海都拒绝归附忽必烈。1268年(至元五年)，海都开始举兵东犯元境。他与察合台汗国的八剌相结纳，取得伊犁河谷与可失哈耳(今新疆喀什)地区，并纠集窝阔台、察合台、术赤三系诸王，1269年在答剌速河(今塔拉斯河)畔召开忽里台。八剌死后，察合台汗国实际上成为海都所操持的附庸，它的统治者都哇追随海都，多次进扰元朝的西北边境。海都统治下的窝阔台汗国所控制的地域，西至可失哈耳与答剌速河谷，南及天山南坡诸城，东抵哈剌火州(今新疆吐鲁番)，北有也儿的石河(今额尔齐斯河)上游之地，成为中亚的一大势力。
1301年(大德五年)，海都犯元境，在与元军战斗中受伤，回师途中死去，子察八儿继立。窝阔台后裔为争夺汗位发生矛盾和分裂，汗国力量削弱。1304年，都哇起而与察八儿争战，大掠其国西部诸城。
元朝海山的军队也同时逾阿尔泰山，大破察八儿军，察八儿投奔都哇。窝阔台汗国所属诸部，一部分归附元朝，大部分降于都哇。1309年(至大二年)，察八儿因参与察合台汗国的一次内争失败，逃归元朝，元封他为汝宁王。他的领地大半为新即位的察合台汗国也先布花汗所有，窝阔台汗国亡。