隨著伊兒罕國的逐漸衰落，當時的伊朗又陷入地方封建王朝的割據之中。西察合台汗國（今烏茲別克斯坦境內）的國王帖木兒（1336～1405年）在奪取中亞地區後於1380～1393年征服伊朗全境，繼而侵占美索不達米亞，並入侵印度。1405年帖木兒死後，他的帝國迅速瓦解，統治範圍隻限於河中地區和伊朗東部。伊朗再次陷入各地方封建王朝的紛爭割據之中。
這期間，薩法維王朝（1502～1722年）建立後，一直向外擴張，極盛時版圖包括阿富汗的坎大哈、赫拉特。薩法維王朝與奧斯曼帝國曾長期進行戰爭。薩法維王朝是伊朗曆史上第一個以什葉派伊斯蘭教為國教的朝代，對什葉派在波斯的發展起了重要的作用。17世紀末，薩法維王朝日漸衰落。1722年，阿富汗的吉爾紮部落在馬赫默德的領導下，攻占薩法維王朝國都伊斯法罕，並自立為波斯國王。
1736年，來自波斯霍拉桑地區的部落首領納迪爾率軍把阿富汗人逐出波斯並以馬什哈德為中心，建立阿夫沙爾王朝。經過數年戰爭，阿夫沙爾王朝版圖一度東至阿富汗和印度北部，西至巴格達，北接裏海，南瀕波斯灣。1747年，納迪爾國王死後，其兒孫為爭奪王位而爆發內戰，各路諸侯紛紛稱王，其中凱曆姆汗（1749～1779年在位）以設拉子為首都建立了曾德王朝。經過多年戰爭，曾德王朝占據了除霍拉桑及以東地區以外的阿夫沙爾王朝的土地。1779年凱曆姆汗死後，曾德王朝分裂。1792年和1796年，曾德王朝和阿夫沙爾王朝先後被凱伽王朝所滅。
凱伽王朝建於1779年，首次定都德黑蘭。凱伽王朝初期，西方列強加緊在伊朗的爭奪。1801年，俄國兼並格魯吉亞。英國同波斯的三次戰爭，導致割地賠款及承認阿富汗獨立。此後法國、奧地利、美國等相繼強迫伊朗訂立了不平等條約。19世紀下半葉，英、俄攫取了在伊采礦、築路、設立銀行、訓練軍隊等特權。1907年，英、俄兩國相互勾結劃分了在伊的勢力範圍：北部屬俄國，南部屬英國，中部為緩衝區。
從19世紀下半葉至20世紀初，隨著歐洲列強的侵入，波斯逐漸淪為半殖民地國家，社會經濟衰落，封建統治專橫殘暴，多次發生人民起義。1921年2月，軍官禮薩汗·巴列維發動政變，奪取政權，建立巴列維王朝。
這期間，從7～15世紀，是波斯科學文化發展史上繼薩珊王朝之後又一個鼎盛時期，在伊朗幾千年的文明史上占有重要的地位。在這一時期，科學文化領域發生了許多重大變化。阿拉伯語成為官方語言，人們把它視為《古蘭經》的語言、聖神的語言。在自然科學領域出現了一批傑出的數學家、天文學家和醫學家，出現了伊斯蘭高等學府，建立了學術館，發展了圖書館事業。在社會科學領域，出現了一批卓越的哲學家、史學家、文學家和眾多詮釋《古蘭經》的聖訓學者。在二百多年的發展過程中，許多種科學、技術、哲學著作從希臘文、梵文、巴列維文譯成阿拉伯文，豐富了伊斯蘭文明的寶庫。公元8世紀，造紙術從中國傳入伊朗之前，伊朗兒童主要是接受家庭教育，孩子們在石板、泥板或是獸皮上練習寫字。在高級階段主要是學習文書、法律、計算、天文、哲學、文學、神學和建築等科目。體育教育也是一個重要方麵，體育教育的主要科目有騎馬、射箭、馬球、遊泳、狩獵、投鏢等。馬球後來也傳入了中國，成為人們喜歡的項目之一。
在薩曼王朝時期（10世紀），由於重視恢複和弘揚古代波斯文化傳統，提倡波斯文學創作，因而其在這一領域取得了顯著的成績，使當時的布哈拉和霍拉桑成為文人雲集和文化氛圍濃厚的文化中心。這時，達裏波斯語已取代巴列維語，成為伊朗人民通用的語言。在以後的幾個世紀裏，出現了一批用波斯文進行創作的大詩人和作家，他們的成果享譽世界。
在伊爾汗王朝時期（13～14世紀），科學文化備受重視，取得了新的發展。1254年，在京城大不裏士建造了一個規模巨大的天文台和一個大圖書館，藏書四十餘萬冊，編纂了《伊爾汗——科學寶庫》，是一項有重要價值的科學成果。在這一時期，東西方在科學、文化、藝術以及商貿領域的交流呈異常活躍的局麵，而大不裏士便成了絲綢之路上一個繁華的紐帶城市。