10. yüzyılda Orta Asya bozkırının güneyinde, Tanrı Dağları çevresinde Karahanlı (Karahanid) adıyla anılan bir Türk hanedanı yükseldi. Geleneğe göre hükümdar Satuk Buğra Han İslam'ı kabul etti ve devletin resmî dini yaptı; bu, bir Türk devletinin İslam'ı benimsediği bilinen ilk örnektir. Sonraki on yıllarda Karahanlılar güçlenerek 999'da İranlı Samanî Devleti'nin merkezi Buhara'yı aldılar.

Bu dönüşümün ağırlığı askerî değil kültüreldir. Karahanlılar döneminde Türkçe, ilk kez İslami bir yüksek kültür dili olarak yazıya geçti. İki anıt eser bu eşikten doğdu: Yusuf Has Hacib'in yöneticilik ahlakını anlatan Kutadgu Bilig'i (1069) ve Kâşgarlı Mahmud'un Türk lehçelerini Araplara tanıtmak için yazdığı sözlük-ansiklopedi Dîvânu Lugâti't-Türk'ü (1072–74). İkincisi, Türk dilleri ve halklarına dair bugüne ulaşan en eski kapsamlı kaynaktır.

Karahanlılar ayrıca Orta Asya kentlerinde medreseler, kervansaraylar ve cami-türbe mimarisinin erken örneklerini bıraktı. Türklerin İslam dünyasındaki rolü bu dönemden sonra hızla büyüdü: aynı yüzyılda Gazneliler ve ardından Selçuklular sahneye çıktı, ve birkaç kuşak içinde Türk hanedanları Bağdat'tan Anadolu'ya kadar İslam dünyasının siyasi omurgasını oluşturdu. Türk-İslam sentezinin kökü buradadır.