九州史籍中最早关于楼兰王国的具体记载，见于《史记·大宛列传》。
根据记载，楼兰是一个西域小国，建国于盐泽边上，有城郭，然而“兵弱易去”。
这里的“盐泽”，指的是罗布泊。
到汉代史学家班固撰写《汉书》时，楼兰王国有一千五百七十户人家，共一万四千一百口人，国都名“打泥”。
《汉书》进一步介绍了楼兰的生态环境：“地沙卤少田，寄田仰谷分国。国出玉，多葭苇(芦苇)、枝柳(红柳)、胡桐家胡杨)、白草(芨芨)。民随畜牧，逐水草。有驴马，多骆驼。能作兵，与婼羌同。”
汉昭帝时，楼兰改国名为鄯善，并请求朝廷驻军伊循。昭帝便在伊循城置都尉，行屯田。从此楼兰便成为中央政府控制西域的战略支点。
东汉时，楼兰在丝绸之路上依然占据着重要的位置。东汉政府在楼兰大规模屯田，开发楼兰。此后直至魏晋累几百年之久，楼兰一直是内地通往西域的重要交通枢纽，再后来，楼兰便很少见于史载，逐渐地神秘消失了。
至于楼兰古国是怎么消失的，众说纷纭。
第一种说法：楼兰消失于战争。
在公元五世纪之后，楼兰王国开始衰弱，北方强国入侵，楼兰城破，后被遗弃，楼兰也从此之后灭国。
第二种说法：楼兰衰败于干旱、缺水，生态恶化，上游河水被截断后改道，人们不得不离开楼兰。
楼兰曾颁布过迄今为止发现的世界上最早的环境保护法律。
第三种说法：楼兰的消失与罗布泊的南北游移有关。
第四种说法：楼兰消失与丝绸之路北道的开辟有关。
经过哈密伊吾、吐鲁番的丝绸之路北道开通后，经过楼兰的丝绸之路沙漠古道被废弃，楼兰也随之失去了往日的光辉。
第五种说法：楼兰被瘟疫疾病毁灭。一场从外地传来的瘟疫，夺去了楼兰城内十之八九居民的生命，侥幸存活的人纷纷逃离楼兰，远避他乡。
第六种说法：楼兰被生物入侵打败。