元朝的疆域名義上應包括“大汗之國”和西北各“宗藩之國”——伊利汗國、察合臺汗國、欽察汗國和窩闊臺汗國的統治區。1285年(至元二十二年)元世祖下詔編修全國輿地圖志，主持其事的秘書監臣奏稱：“如今日頭出來處、日頭沒處都是咱們的……宜將秘監所得‘回回圖子’(指西域地圖)與漢地、江南各省輿圖都總做一個圖子。”

據許有壬在《大元一統志序》記載：“我元四極之遠，載籍之所未聞，振古之所未屬者，莫不渙其群而混于一。”《元史·地理志·序》謂：元之幅員“北逾陰山，西極流沙，東盡遼左，南越海表……東，南所至不下漢、唐，而西北則過之，有難以里數限者矣”。并附載了西北各宗藩位下所屬城邑、地區名稱。現存元朝時期繪制的輿圖，也都包括有西北各汗國之地，雖有些粗略，但說明了元朝還是把西北各汗國視為本朝的管理之下的。

成吉思汗的征服戰爭，把大蒙古國的統治地域西面擴展到多瑙河、小亞細亞和兩河流域，東面到朝鮮半島，南面到西藏地區和南中國海，北面包有西伯利亞。元世祖忽必烈以前，大蒙古國全境是統一在大汗的統治之下的。

成吉思汗分封其弟拙赤、合撒兒、合赤溫、鐵木格斡赤斤和別里古臺于蒙古的東部地區，分封其子術赤、察合臺、窩闊臺于阿勒臺山迤西，形成大蒙古國內的幾個宗王封國。大汗直接統治怯綠連河至按臺山地域;所征服的中原漢地和中亞、波斯地區，分別設置了統治機構，形成由大汗政府管轄的三大地方行政區，在漢文史料中分別稱為“燕京等處行尚書省”(以燕京為治所，統治中原漢地)“別失八里、等處行尚書省”(以忽氈為治所，管轄畏兀兒地至河中地區)和“阿姆河等處行尚書省”(以途思為治所，管轄阿姆河以西之地)。

除以上三大地方行政區外，元憲宗時代還在斡羅思之地也委派了大汗政府的代表，增設第四個行政區。但是由武力建立起來的如此龐大的帝國，各地區之間距離遙遠，各個民族、文化背景不同，很難維持長久的統一，元憲宗時期已出現分裂的趨勢。

中統年間(1260年—1264年)連續四年的爭奪皇位戰爭，是大蒙古國歷史的轉折點，元世祖忽必烈依靠中原漢地雄厚的經濟和軍事實力，戰勝了據有蒙古本土的阿里不哥。元世祖忽必烈的勝利使他成為全蒙古共主，但實際統治范圍卻發生了重大變化。

首先是西北各汗國的獨立化和半獨立化;其次，在爭位戰爭中，忽必烈為取得旭烈兀和察合臺后王阿魯忽的支持，以大汗名義將阿姆河以西直到密昔兒(埃及)界上的所有蒙古軍隊和大食百姓交給旭烈兀掌管，將阿勒臺山以西直到阿姆河的百姓和部落交給給阿魯忽掌管，自己掌管阿勒臺山以東直到海濱的地區。這雖然是戰爭中的權宜之計，只是劃分“掌管”和“防守”區域而不是劃分領地歸屬，但從此以后，原由大汗政府管轄的波斯和中亞兩大行政區，實際上分別成為伊利汗國和察合臺汗國的統治區。

元世祖時期還基本上保持著對東部天山的畏兀兒地區和塔里木盆地諸綠洲的統治，但西北叛王海都、都哇多次侵擾并曾短期占領過這些地區;元成宗以后，大部分被察合臺汗國占據，元朝僅保有哈迷立(哈密)之地，用以安置忠于朝廷的一支察合臺后裔。

斡羅思之地距離蒙古國中心非常的遙遠，早已處在拔都家族控制之下，大汗政府在那里的影響很小，元世祖忽必烈死后全部成為欽察汗國的屬境。于是，元朝政府直接統治的地域就只限于中書省直轄諸路、各行省以及宣政院所轄吐蕃地區。