东汉初年，汉明帝做了一个梦，有个两丈高的巨人头顶光环，披一身黄金色来到身边，巨人说，西方有神仙，名字叫佛，形象就像我这样。汉明帝大为惊讶和震动，便派使者去天竺“问佛道法”，并用图画将这些内容记了下来。这是学术界非常重视的早期佛教研究资料，并由此推算佛教传入中原地区的时间。但是，学术界仁者见仁，智者见智，众说纷纭，其中有人提到最早的时间一直可以提前到先秦的战国时期。佛教传入龟兹的时间，大多数学者倾向于公元前2世纪或公元前1世纪。
龟兹由于地理位置，历史上受到很多宗教思想的影响，形成了很丰富的宗教文化积淀。佛教之外，主要有祆教和摩尼教，另外还有景教等其他宗教在这里传播。
祆教南波斯人锁罗亚斯特于公元前7世纪末创立，又有拜火教、波斯教、火祆教等教名，信奉宇宙之主阿胡拉·马兹达，他代表着善和光明，南北朝时传入中原，何时传入龟兹难以考证，其大致时间应在传入中原之前。唐玄奘去西天取经时，曾在龟兹境内看见一座已经放弃的祆教寺院。克孜尔等地千佛洞中目前还可以看见一些具有祆教文化风格的石窟壁画。
摩尼教是巴比伦贵族摩尼于3世纪中叶创立，大约在南北朝时传入中原，也有认为是在唐代武则天时传入中原的。摩尼教在龟兹的传播情况难以判断，但最近在龟兹古国的考古发现了用古代龟兹语撰写的《摩尼教赞美诗》，由此推断南北朝时，龟兹古国已经存在摩尼教。
佛教在龟兹传播后，中原王朝的官员和商人通过丝绸之路便了解到了，他们再通过丝绸之路，将佛教传入了中原，这样龟兹就成为中原与印度之间进行佛教文化交流的一个重要通道，使人们对当地的佛教传播也有了更多的了解。“贵浮图法”、“尤重佛法”的提法不断在史书中出现，龟兹的佛教之盛也有较为概括的描写。《大唐西域记》记载，龟兹的寺院规模极大，有伽蓝百余所，僧徒五千多人。高大的立佛像有九十多尺高，装饰极为华丽，“殆越人工”，让人叹为观止。高僧博学高才，受到人们的尊敬，国王每每有重要决议，都要请教，然后再公布实行，外国的学者也来到这里向他们请教和相互交流。去过龟兹的僧人有时还会记下一些当地的故事传说，《悟空入竺记》就写了一个很好听的故事，说龟兹境内有座山，叫耶婆瑟鸣山，“此山有水滴溜成音，每岁一时采以为曲，故有耶婆瑟鸣寺”。这是一个多么美丽的传说。
佛教通过丝绸之路传入西域的主要线路有两条，即依靠塔里木盆地南北两边侧面的沙漠绿洲连接交通而形成，这也就是丝绸之路的南北两道。南道白天竺迦湿弥罗传入于阗，然后经过疏勒、莎车、皮山、且末、楼兰(鄯善)等地到达敦煌，其间包括拘弥、精绝等小国。南线以当时人口最多、经济最发达的于阗为中心。北道从大月氏(今阿姆河流域一带)入姑墨(阿克苏)、温宿(乌什)、尉头、龟兹、焉耆、高昌、北庭(西汉时高昌与北庭共为车师国)、哈密等地到达敦煌。北线也同样以当时人口最多、经济最发达的龟兹为中心。
龟兹回鹘时期，佛教事业仍然保持着兴盛的局面。回鹘原来是信奉摩尼教的，9世纪西迁进入佛教流行地区后，很快与当地信仰友好接触，许多回鹘人还改信了佛教。敦煌发现的经文中就有将信奉摩尼教的回鹘汗王作为化身菩萨，相国作为护法天王，两教的友好关系可见一斑。从《宋会要辑稿》等史书看，龟兹与中原王朝之间频繁的佛事往来，一直持续到11世纪70年代其被中亚穆斯林帝国喀喇汗王朝征服时。龟兹地区著名的克孜尔、库木吐拉、森木塞姆和克孜尔尕哈四大石窟中，目前还可以看到许多有回鹘文题记的壁画。
龟兹的佛教文化遗址极为丰富。史书、经书上记载的著名寺院雀离大寺、阿奢理贰伽蓝、金华寺等等，目前律筑物基本毁坏，只留下了轮廓性的遗址。这其中，外国冒险家的活动曾造成了极大的破坏。目前四大石窟保存较为完好，其中克孜尔石窟规模最大，其风格独特、绘制精美、内容丰富的壁画为世界瞩目，可以和敦煌石窟媲美，进入中国四大石窟之列。
地处丝绸之路中枢的龟兹，一千多年的佛教文化积淀是石窟艺术生存、发展的土壤，有了佛教文化的阳光普照、雨露滋润，才有了龟兹石窟的辉煌成就，龟兹石窟艺术才能在我国佛教文化源远长河中产生出巨大的影响。
