帖木兒帝國在經濟發展的基礎上，吸收不同民族的優秀文化成果，交融匯合，展現了具有突厥特色的文化新貌，進壹步發展了突厥—伊朗文化。在沙哈魯和兀魯伯統治時期，采取提倡、保護和贊助學術文化的政策，東、西方的學者、詩人、工匠雲集於撒馬爾罕和赫拉特等城市，從事科學研究和著書立說，在文學、詩歌、繪畫、建築、史學、天文學、語言學等方面都有建樹。
在文學上，出現了著名的詩人哈菲茲、賈米、納瓦伊等，他們的作品在伊斯蘭文化史上占有重要地位，馳名世界。
在繪畫上，將波斯細密畫達到高超的水平，形成了各具獨特風格的赫拉特派和撒馬爾罕派。
在建築上，將波斯、阿拉伯同突厥建築風格融為壹體，呈現出突厥民族特色。所建造的賈米清真寺、古爾·埃米爾陵墓及宮殿、宗教大學、天文臺，巍峨完美，裝飾華麗，雕鏤精湛，色調明快。
在天文學上，兀魯伯在撤馬爾罕建造的天文臺和編制的《兀魯伯天文表》，是16世紀以前著名的天文臺和精確度最高的天文表。在史學上，哈菲茲·拉蔔魯編定的《歷史精華》記述了沙哈魯與中國明王朝通使的詳細經過。
阿蔔杜·拉紮克撰定的《沙哈魯史》記述了帝國許多重大歷史事件，具有重要的史料價值。在波斯語文學的影響下，形成了“突厥文化”，察合臺語發展起來 ，並用突厥語創作詩歌和文學作品。帖木兒汗國的大多數統治者均喜愛文學藝術，蘇丹沙哈魯、兀魯伯、侯賽因·拜卡拉均為著名的學者和科學家，被後世學者贊譽為“伊斯蘭科學和藝術的偉大保護者”。