古波斯帝国
有关撒马尔罕城最早的文字是波斯人在公元前6世纪记载的。波斯帝国是公元前6世纪末在伊朗高原上形成的大帝国，波斯国王居鲁士二世在公元前545至前539年发动了对中亚的战争，迫使中亚居民向帝国纳税，包括撒马尔罕在内的索格底地区就是中亚的一部分。
古希腊帝国
公元前4世纪，希腊帝国灭亡波斯帝国。希腊马其顿亚历山大帝国于公元前327年完成了对索格底的征服。公元前2世纪，希腊人统治被推翻。之后，撒马尔罕城先后成了康居行国、贵霜帝国、嚈哒汗国和波斯萨珊帝国的属地。
康居行国
康居人在公元前2世纪崛起，康居是古代中亚锡尔河中游北部一游牧政权，有五个附属小国，五属国中的苏薤国都城苏薤城就是今天撒马尔罕的所在地。公元前2世纪其势力弱小，分别隶属于河中的大月氏和东部草原上的匈奴；公元前后两个世纪成为中亚一大国，公元3世纪开始走向衰落，4世纪时国家不复存在，其部分居民或迁入河中与当地大月氏人混居，或留在草原上继续游牧，先后隶属于其他游牧民族政权。
贵霜帝国
公元前2世纪，河西走廊一带月氏人被匈奴驱赶，西迁到粟特地区。其中一部首领丘就却南下攻击喀布尔河流域和今克什米尔地区，消灭其他部落，定都高附，初步奠定了贵霜帝国的基础。帝国强盛时将康居（今撒马尔罕）纳入自己的统治范围。丘就却之孙迦腻色伽一世和其承继者统治之下达至鼎盛，使这一地区成为帝国的统治中心。至公元180年，贵霜帝国被认为是当时亚欧四大强国之一，与汉朝、罗马、安息并列。迦腻色伽一世死后，贵霜帝国实力大减。在2世纪时，帝国仍勉强维持统一。3世纪时，受到萨珊王朝攻击和印度北部的地方势力兴起而渐渐衰弱，最终帝国瓦解成若干小邦。
嚈哒汗国
贵霜帝国在4世纪时逐渐衰落，适值被西方称为“白匈奴”的嚈哒人入侵。嚈哒人一度役属于柔然，后征服索格底亚纳（今撒马尔罕地区），并于5世纪时南下击破贵霜，进而向西与波斯萨珊争雄，后于6世纪中叶被突厥人和波斯人联手灭掉。嚈哒人余部加入突厥汗国的突骑施、葛逻禄等部落，并继续存留于呼罗珊、吐火罗斯坦等地，成为土克曼族、乌兹别克族的族源之一。