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早在新石器时代，龟兹即有远古人类活动，为龟兹民族的先民。尔后，其他民族和部落相继融入龟兹。公元前177年，月氏为匈奴击败，迁移伊犁河流域时，有一部分留在了龟兹。西汉中期，龟兹王绛宾娶解忧公主之女弟史为妻，与汉朝关系密切，许多汉人迁来龟兹。东汉以后，佛教传入龟兹，有更多北印度人进入龟兹（从克孜尔石窟中龟兹人壁画形象看，多为圆脸高鼻的北印度人印象）。南北朝时期，大批粟特九姓胡人迁居龟兹，使龟兹的种族发生巨大变化。突厥崛起后，长期统治龟兹，并与龟兹王族通婚，龟兹的突厥人也日渐增多。唐朝时期，龟兹国都又是安西大都护府的治所，当地驻有重兵，因此内地的汉族人大量迁居此地。唐朝后期，西域成为回鹘汗国的领地，回鹘废除了遗传一千多年的白姓王族，以回鹘王子统治此地，并拣选属部葛逻禄为兵驻于龟兹。回鹘成了龟兹的主体居民。
  关于龟兹人口的记载，始见于《汉书·西域传》：“龟兹国..户六千九百七十。口八万一千三百一十七，胜兵二万一千七十六人。”西汉以后至清之前，均不见有关龟兹人口的史料记载。根据一些研究者的推论，东汉时期龟兹古国的人口应在15万左右。魏晋南北朝时期，龟兹兼并了渠犁、乌垒、轮台、温宿、尉头、姑墨等国，版图扩大，人口增加至近百万。到了隋唐时期，龟兹的经济文化发展空前繁荣。但由于史料所载甚少，推算这一时期的龟兹人口实有困难。但可以断定，由于当时的经济发展，社会相对稳定，人口的发展也是必然的。