樓蘭佛塔和“三間房”成為樓蘭遺址的標誌，古城遺址包括城區面積10．8萬平方米和東郊墓地MA、HB、周圍寺院民居遺址及樓蘭貴族墓。1901年3月瑞典探險家斯文·赫定在維吾爾向導奧爾得克的幫助下發現了樓蘭古城，從挖掘出上的佉盧文簡牘“kroraina”壹詞推定古城原名樓蘭。
歷史上，樓蘭是西漢時西域三十六國之壹。張騫通西域後，樓蘭成為東西方交通的重要孔道。魏晉之時，西域長史駐樓蘭城，使之成為西域政治、軍事、經濟、文化中心。古絲綢之路南、北兩道早些時候就從樓蘭分道。樓蘭城作為亞洲腹部的交通樞紐城鎮，在東西方文化交流中曾起過重要作用。漢朝、匈奴和周圍壹些遊牧民族國家經常為爭奪樓蘭進行大規模戰爭。
樓蘭被人們稱為“壹塊緊張的世界史的紀念碑”。曾盛極壹時的西域重鎮在公元3世紀後迅速地悄然退出歷史舞臺，直到壹千七百年後的今天，還保持著她“謝幕”時的姿態，令人恍忽覺得歷史就發生在昨天，這壹切至今還是個沒有真正揭開的謎底。到了唐代，“樓蘭”就幾乎成了邊遠的代名詞。李白的《塞下曲》中就有“願將腰下劍，直為斬樓蘭。”的詩句。
樓蘭王國的歷史還遠不是壹個樓蘭古城所能揭開的。根據孔雀河故道下遊太陽墓地和小河 5號墓地出土的幹屍，考古專家向人們揭示了樓蘭的歷史：上溯4000年左右的壹段時期，樓蘭地區生活著壹支以遊牧為生的金發碧眼的原始歐洲人種，他們留下幾具幹屍，就神秘地走了。
其後的2000多年，樓蘭找不到壹絲痕跡，史書中也沒有半點墨跡。漢壹晉時期，樓蘭地區出現了蒙古人。這時的樓蘭演繹出農業文明，並以其在絲綢之路上的重要地理位置，傳遞著東西方文明。而在晉代之後的1500年，樓蘭再次消失得無影無蹤，直到100年前，人們才在塔克拉瑪幹沙漠的東緣，偶然看見了樓蘭殘破的城墻和佛塔。
有的學者認為：斯文·赫定發現的這個樓蘭古城既不是早期樓蘭王國的都城，更不是樓蘭改國名為鄯善後的國都（扌於）泥城，因為樓蘭古城碳 14測定的年代不早於東漢。斯坦因在黃文弼發現的土垠遺址西南不遠處發現了壹座漢代古城（編號LE城），新疆考古研究所稱其“方城”，位於羅布泊北岸之西，鐵板河末流的河網地帶，“方城”距離樓蘭古城24公裏，北京大學林梅村教授認為這是早期的樓蘭都城。
當時的樓蘭王國還是羅布泊附近壹個半耕半牧的弱小國家，絲綢之路開通後，樓蘭成為中西交通的樞紐。由於樓蘭王安歸與匈奴勾結，不斷地在絲綢之路上劫殺漢使，漢朝大將軍霍光便派傅介子前往西域刺殺安歸。傅介子帶著刺客來到樓蘭，假稱要賞賜安歸金幣。安歸大喜，應邀與傅介子壹起飲酒，傅介子有意灌醉安歸，將其扶到屏風後，命兩名刺客殺了安歸。左右王公貴族見狀紛紛逃散。傅介子立即召告樓蘭國民：“安歸王對漢朝犯下了死罪，天子派我來殺掉他，現在漢朝的部隊已趕到，改立在長安納為人質的安歸的弟弟尉屠焉為新國王。”傅介子斬下安歸的首級，派快馬送回長安，懸於長安未央宮北門下示眾。
平定樓蘭之亂後，漢昭帝即詔立尉屠焉為新王，並改樓蘭國名為鄯善，授予國印，賜宮女為妻及大批車馬和輜重。行別時尉屠焉對漢昭帝說：“我長期在長安居住，現在回去當國王，孤身壹人，恐難服眾。而且前王子尚在，回去後恐被其仇殺。樓蘭國中有伊循城，那是壹塊富饒美麗的綠洲，天子可派壹名將領率部隊到那裏屯田積谷，也使臣有所依靠。”
於是漢朝即派壹名司馬，帶兵40人隨尉屠焉壹起回西域。尉屠焉繼位後，於公元前77年將國都從羅布泊北岸的樓蘭故都（方城）遷到（扌於）泥城（今若羌縣城），漢朝在（扌於）泥城以東的伊循城(36團米蘭遺址)也設立了伊循都尉。此後樓蘭故都沒有再發展，估計只有原王室貴族仍居住在這裏，從2003年樓蘭貴族墓的發掘，也說明了這壹點。
東漢時期，班超的兒子班勇繼承父業任西域都護，派手下索勵率酒泉、敦煌兵千人到羅布泊屯田造房，並召集鄯善、焉耆、龜茲等國士兵各壹千人在孔雀河下遊攔河築壩，引水開荒，積粟百萬。由於孔雀河被攔，導至下遊樓蘭故都水源斷絕而廢棄。屯田士卒在羅布泊西岸起“白屋”，建新城，逐漸形成了今天可看見的有“三間房”的樓蘭古城，並將此發展成為西域長史府治所。
2003年3月19日新疆文物考古研究所樓蘭考古隊在對樓蘭被盜墓葬進行清理時，發現了墓室中的壁畫。這座墓葬距LE方城約4公裏，距離樓蘭古城24公裏。墓室規模較大，前後室均繪壁畫，前室東壁所繪身著華麗服裝的男女人物形像，是墓主人高貴身份的顯示。專家否定了這是樓蘭“王陵”的說法，推測其為3世紀前後“城內壹個貴族家族的合葬墓。
說法壹：樓蘭消失於戰爭，公元五世紀後，樓蘭王國開始衰弱，北方強國入侵，樓蘭城破，後被遺棄。
說法二：樓蘭敗於幹旱缺水，生態惡化，上遊河水被截後改道，人們不得不離開樓蘭。樓蘭曾頒布過迄今為止發現的世界上最早的環境保護法律。
說法三： 樓蘭的消失與羅布泊的南北遊移有關， 斯文·赫定認為，羅布泊南北遊移的周期是1500年左右。3000多年前有壹支歐洲人種部落生活在樓蘭地區，1500多年前樓蘭再次進入繁榮時代，這都和羅布泊遊移有直接關系。
說法四：樓蘭消失與絲綢之路北道的開辟有關。經過哈密（伊吾）、吐魯番的絲綢之路北道開通後，經過樓蘭的絲綢之路沙漠道被廢棄，樓蘭也隨之失去了往日的光輝。
說法五：樓蘭被瘟疫疾病毀滅。壹場從外地傳來的瘟疫，奪去了樓蘭城內十之八九居民的生命，僥幸存活的人紛紛逃離樓蘭，遠避他鄉。
說法六：樓蘭被生物入侵打敗。壹種從兩河流域傳入的螻蛄昆蟲，在樓蘭沒有天敵，生活在土中，能以樓蘭地區的白膏泥土為生，成群結隊地進入居民屋中，人們無法消滅它們，只得棄城而去。