辽太祖的八世孙耶律大石（1087—1143年），是辽朝历史上罕见的契丹族出身的进士。他字重德，在天庆五年（1115年）中举后，即任翰林应奉，据辽朝科举制，只有殿试第一才能授予此职，这更增加了他的声誉。史称他又善骑射，堪称文武全才。不久，他就升任翰林承旨，契丹称翰林为林牙，因而也被人称为大石林牙。
保大二年（1122年），在金军凌厉攻势前，辽天祚帝吓破了胆，命宰相张琳、李处温与秦晋王耶律淳留守南京（今北京），自己仓皇西遁，轻骑逃入夹山（在今内蒙古土默特左旗西北），与外界断绝了消息。这时，大石任辽兴军节度使，镇守南京道。在这种群龙无首的情势下，他参与了拥立耶律淳、建立北辽的活动，被任命为西南路都统。
这年岁末，南京失守，北辽难以为继。大石认为辽朝在西北还有相当势力，为挽救辽朝的灭亡，力排异议，冒着被诛杀的危险，毅然率部西投天祚帝，表现出非凡的胆略。次年二月，与天祚帝会合。天祚帝责问道：“我在，你怎敢立耶律淳？”大石答道：“陛下以全国之势，不能拒敌。即便立十个耶律淳，都是太祖子孙，岂不胜于向他人乞命吗？”天祚帝语塞，赦免了他，仍让他担任都统。
四月，大石与金军在居庸关有一次激战，他战败被俘。据《金史·宗望传》，金军强迫他带路袭击了天祚帝的大营。而据刘祁的《北使记》，金太祖“爱其俊辩”，还赐他一妻。大石“阴蓄异志”，九月，在随军西攻天祚帝时，伺机率部重新投奔天祚帝。这些细节，辽方记载只字未提，《辽史·天祚帝纪》仅言金“擒耶律大石”和“耶律大石自金来归”，想必是他本人来归后也有所讳言。
保大四年，天祚帝在大石率部来归后，又得到阴山室韦谟葛失的部队，自谓天助，一反原来的逃跑主义，执意要出兵收复燕云。大石坚决反对这一冒险之举，进谏道：“原来全师却不谋战备。国势至此，反求决战，绝非上策。当养兵待时而动，不可轻举。”但天祚帝一意孤行。他见天祚帝不可能成就恢复大业，便自立为王，设北南面官属，率铁骑二百连夜离开夹山大营北上。三天后过黑水（今内蒙古艾卜盖河），白达达详稳床古儿献马四百匹、骆驼二十头。大石率师再向西北，到达可敦城。
可敦城即镇州（今蒙古土拉河上游），这里是辽朝西北路招讨司的驻地。金军攻辽，南下西进，所向披靡，但辽朝西北兵力未受损失。大石在可敦城召集了七州长官和十八部首领开会。会上，大石发表了重要演说，这篇演说词完全可以列入古往今来影响历史进程的著名演说词之列：
“我祖宗艰难创业，历世九主，历年二百。金以臣属，逼我国家，残我黎庶，屠翦我州邑，使我天祚皇帝蒙尘于外，日夜痛心疾首。我今仗义而西，欲借力诸蕃，翦我仇敌，复我疆宇。惟尔众亦有轸我国家，忧我社稷，思救君父，济生民于难者乎？”
耶律大石悲壮激昂、忧国伤民的情怀，洋溢在字里行间。在其感召下，马上聚集起精兵万余，战马万匹。大石置官吏，立排甲，具器仗，国家初具规模。
大石在可敦城立国，这里畜产丰富，远离金朝数千里，他贯彻“养兵待时而动”的战略，没有主动出击金朝，而是争取西夏、南宋等邻国及部族，以孤立金朝。到1128年，他已结集兵马达数十万，次年夺回了金朝北方二营。金朝意识到问题的严重性，在天会八年（1130年）向诸部族征兵进讨大石，但诸部族不从，征讨半途而废。
大石经过五年生聚，决心向外发展。他审时度势：在大辽旧地光复故国，虽是他最为向往的事业，但金朝在实力上正处于上升期，其进攻虽半途而返，但若要在这里与金争夺生存空间，至少在近期决无可能；而中亚高昌回鹘王朝和黑汗王朝则已进入衰落期，在那里是大有发展余地的。于是，他决心向西开拓，待羽翼丰满后再与金朝决一雌雄，恢复旧疆。
就在这年二月二十二日，大石以白马祭告天地、祖宗，整军西征。他预先致书高昌回鹘汗王毕勒哥，历数两国旧好，通报“将西至大食，假道尔国，其勿致疑”。回鹘王亲迎大石至宫邸，大宴三日，临行，献马六百，愿为属国。
自高昌回鹘的北廷别失八里（今新疆奇台西北）西行，大石率部进入黑汗王国境内，受到当地的抵抗，但似乎没发生大规模的战事。大石以其素持保存实力、待时而动的战略思想，即折向也迷里（一译叶密立，今新疆额敏）修筑城池，建立根据地，招抚周围突厥语系各部族，户数很快增至四万户，控制了东起土拉河西至额敏河的广大地区。
天会十年（1132年）二月五日，大石在新建成的也迷里正式称帝，按突厥部族习惯，号称菊儿汗（一译古儿汗），义即大汗或汗中之汗，自称天祐皇帝，建元延庆。关于延庆建元究竟在何年，《辞海》所附《中国历史纪年表》作1124年，即大石脱离天祚帝的保大四年。但这是大有问题的。第一，大石自立为王以后，仍以臣子自居，以“天祚帝蒙尘”、“思救君父”相号召，不可能作出改元之举。第二，称帝改元是中国传统，大石精通汉文化，应该遵循这一惯例。第三，《辽史·天祚帝纪四》说：大石在延庆三年“得善地，遂建都城，号虎思斡耳朵，改延庆为康国元年”，则延庆三年即康国元年，而这年为1134年，是有中西史料确证的，因而延庆改元应在1132年。
至此，西辽正式立国，域外史家也称其为黑契丹或哈剌契丹。从脱离天祚帝到建立西辽国，耶律大石在这八年间，跋涉沙漠，艰难备尝，行程达三万里，完成了战略大转移，这种气魄和胆略，确是常人难以比拟的。
立国以后，汉文记载颇简，只说：“所过，敌者胜之，降者安之。兵行万里，归者数国。”今人根据域外史料勾勒其大概如下。大石统帅大军南下，高昌回鹘没作抵抗，即归顺西辽。大石将其并入版图，却仍让回鹘汗王统治这一地区，另设“监国”以为督察。
而后，西辽军队西攻黑汗王朝的东汗国，在喀什噶尔（今新疆喀什）遭到东汗阿赫马德·伊本·哈桑率部阻击，辽军大受挫折，转而进攻七河流域地区。这里，居住着原从辽朝迁来的突厥—契丹人，与汗廷时有民族摩擦，因而大石军队一出现在当地，就投向西辽，使辽军人数猛增一倍。但大石并未立即进军东汗王廷八剌沙衮，而是将大军集结边境，待机而动。
不久，东汗阿赫马德去世，其子伊卜拉辛继位，他软弱无能，境内的葛逻禄人和康里人不但不再臣服他，反而袭掠其部属和牲畜。延庆三年（1134年）初，他走投无路，请耶律大石进驻八剌沙衮（今吉尔吉斯斯坦的托克马克东）。于是，大石便登上了被西方史家称之为“不费他分文的宝座”。大石降封伊卜拉辛为土库曼王，作为附庸国，保持其对喀什噶尔等地区的统治。八剌沙衮左山右川，控扼万里，是中亚少有的耕牧两宜的富饶之地，大石决定在此建都，改称虎思斡耳朵（意为强有力的宫帐）。其后不久，吉尔吉斯人和康里人也都臣服了西辽的统治。
康国元年（1134年）三月，大石派萧斡里剌为大元帅，率七万骑东征金朝。不过，也许因大漠阻隔，战线过长，这次东征行程万里，牛马多死，无功而返。大石长叹道：“皇天弗顾，数也！”其后一二年间，西辽还再次发起过对金军的突袭。金派粘罕征讨，被埋伏在大漠里的西辽军队连续三昼夜轮番进攻，粮草断绝，人马冻死。金军副将原是契丹人，率数千骑起事，金军在内外夹击下，大败而归。两次攻金，虽未取得巨大战果，但气势已咄咄逼人。
康国四年，黑汗王朝的西汗国时已沦为塞尔柱王朝的附属国，大石率部进入费尔干谷地，未遇抵抗，继续西进途中，遭到西汗马赫穆德·伊本·穆罕默德的抵抗，两军交战，黑汗军队溃败，大汗逃回撒马尔罕。大石也不追击，而是巩固新占领的区域。
塞尔柱王朝的苏丹桑贾尔在马赫穆德一再请求下，经长期准备，集结了十万多骑兵，在康国八年（1141年）东征西辽。回历2月5日（公历9月9日），双方在卡特万（一译克特湾，在今乌兹别克斯坦的撒马尔罕北）激战。敌军虽多而无谋，西辽军队越战越勇，迫使桑贾尔部队首尾不救，全军溃败。桑贾尔携马赫穆德逃至呼罗珊，其妻子和左右两翼指挥官都成为战俘。
卡特万会战是中亚史上著名的战役，穆斯林史家认为“在伊斯兰教中没有比这更大的会战”，据估计桑贾尔部下死亡多达3万人。塞尔柱王朝的势力从此退出中亚西洪河（今锡尔河）和纪浑河（今阿姆河）之间的河中地区。
大石领兵进入西汗王廷撒马尔罕，改名为河中府，王国维认为西辽可能以其城为陪都。大石也保存了西汗国，封马赫穆德之弟伊卜拉欣为桃花石汗，留一名监国督察其统治。其后不久，大石派额儿布思进攻花剌子模，迫使其归顺西辽，每年交纳3万狄纳尔的贡品。大石在河中府驻扎了三个月，而后西巡起儿漫（在今乌兹别克斯坦的布哈拉东北），再班师虎思斡耳朵。
西辽疆域最盛时，正东至土兀剌河（今蒙古土拉河）上游，包括可敦城周围地区；东北至谦河（今叶尼塞河）上游，与游牧部族吉利吉思为邻；西北越过达林库儿湖（今巴尔喀什湖），迤逦西至花剌子模海（今咸海）以北地区；正西至今土库曼的卡拉库姆沙漠，包括花剌子模附属国在内；正南以阿姆河为西段，以喀喇昆仑山、昆仑山和阿尔金山为界；东南隔沙漠与西夏接壤。其领土之广绝不亚于辽朝鼎盛时期。
西辽也是多民族的国家，境内主要有契丹、回鹘、葛逻禄、塔吉克和汉族，北部边远地区还有康里、钦察、乌古斯等突厥语部族，东部边境则有阻卜、乃蛮等部族。
在国家制度上，耶律大石沿用了辽朝的南北面官制，这对于以游牧立国而征服农耕民族的多民族政权有着普遍的价值。不过，在南面地方官名上，西辽采用了类似八思哈这样的突厥语官名，使当地人民更易接受。除了直辖领地，西辽对附属国区别不同情况，实行羁縻方针，或者让其完全自治（如位于布哈拉的“布尔罕王朝”），或任命监督官常驻其首府（如回鹘汗国），或定期派出官员视察情况收取贡品（如花剌子模）。
大石在位期间，制定了一系列基本政策。其一，废除中亚地区长期以来分封土地的做法，既有效巩固了中央集权，又杜绝了因土地而引起的纷争与混战。其二，不允许将军直接控制军队，以扭转中亚诸政权普遍存在的军队与中央王朝的离心倾向。其三，维持农耕和游牧的两部经济体制，在农耕地区减轻赋税以换取封建地主阶级的支持。其四，执行开明的宗教政策，允许各种宗教的存在和发展，这是符合西辽境内民族复杂、宗教多样的实际情况的。
康国十年（1143年），大石去世，庙号德宗。他的姓名已成为西辽的象征，在他去世数十年后，西域、南宋和金朝仍径以大石指称西辽。耶律大石在艰难的条件下，率众西征，在中亚创建了另一个疆域辽阔的多民族的新王朝。他总结辽朝兴衰的教训，吸收当地民族的统治经验，制定了西辽基本制度和政策，推动了中亚社会经济文化的发展，促进了这一地区各民族之间的交流和融合，以至西辽被蒙古消灭以后，成吉思汗的谋臣耶律楚材仍称赞大石“颇尚文教，西域人至今思之”。大石在辽史上应该占有与阿保机那样的地位，也应该列入中华民族最杰出的历史人物的行列。以前的史书对他强调得实在不够。
大石去世时，其子耶律夷列年幼，遗命皇后萧塔不烟摄政称制，号感天皇后，改元咸清。咸清七年（1150年），夷列亲政，是为仁宗，在位十三年。西辽仁宗的年号与同时期南宋高宗的年号相同，都称绍兴，也许并不是偶然的巧合，而有向慕中原文化的意味在内。感天皇后与仁宗两朝，继续执行大石制定的国策，对外弭兵，对内生聚，国力大增。
仁宗死时，其子也年幼，仁宗遗诏命其妹耶律普速完权国，号称承天太后（大概志在效法辽圣宗的母亲萧绰，故而尊号也与其相同）。承天太后摄政时期做了两件大事，一是在权国的次年即崇福元年（1164年），彻底打击了葛逻禄人，葛逻禄人携带武器，始终是河中地区的不稳定势力；一是在花剌子模离心倾向日趋严重的情势下，在崇福九年，派兵把臣服西辽的特克什扶上了花剌子模沙赫的宝座，而逼迫原沙赫苏丹（特克什之弟）逃亡国外。
承天太后与小叔子萧朴古只沙里私通，罗织罪名杀死了自己的丈夫萧朵鲁不。萧朵鲁不的父亲萧斡里剌以兵包围皇宫，射死了这对男女。仁宗之子耶律直鲁古即位，改元天禧，此即末主，值得注意的是，这一年号又与北宋真宗的年号相同。
12世纪末叶，古尔王朝取代塞尔柱王朝成为中亚大国，在扩张中与西辽属国花剌子模屡屡发生冲突。天禧二十一年（1198年），西辽大军应花剌子模的要求，与古尔王朝的军队在巴里黑（一译巴尔赫，今阿富汗的马扎里沙里夫）交战，却以惨败而告终，辽军死亡达一万二千人。六年以后，古尔王朝大军再次进攻花剌子模，花剌子模向西辽求援，辽军在安狄枯（一译安德霍，今阿富汗的安德胡伊）战役中终于洗雪了六年前的耻辱，歼敌五万，使古尔王朝走向衰落。但西辽付出巨大的代价，却没有实际的收益，反而为日后之敌花剌子模的壮大清除了障碍。
13世纪初叶，蒙古崛起漠北，直接影响到西辽政局的有两件事。其一，原西辽附庸高昌回鹘汗国改换门庭，倒向了蒙古。其二，乃蛮部落被成吉思汗击溃，太阳汗败死，其子屈出律投奔西辽，时为天禧三十一年（1208年）。初来乍到，他向直鲁古表示，愿意召集散布在各地的乃蛮族人支持西辽。辽末主对他颇为信任，将女儿嫁给他，他在受封为可汗以后，即在也迷里、海押立（今哈萨克斯坦的库尔干东北）等地网罗族人，组成军队，并与其他部族结盟，同时与花剌子模的沙赫摩诃末约攻西辽。
花剌子模在特克什统治时期（1172—1200年），日渐强大。其子摩诃末继位以后，早就不甘心属国的地位，天禧二十九年，他趁着布哈拉居民起义的机会，进军征服了河中地区，使西部喀喇汗国由西辽的属国变为花剌子模的附庸。如今与屈出律约定，双方便一西一东出兵夹攻西辽。
屈出律劫掠了西辽在讹迹邗（一译乌兹干，今乌兹别克斯坦的乌支根）的府库，在进攻虎思斡耳朵时，受到西辽军的重创。于是，他返回原地纠集兵力，图谋再举。这时，西辽已是强弩之末，君臣腐化，法制废弛，战事不断，军纪败坏。天禧三十三年（1210年），西辽为了讨伐西部喀喇汗国，与花剌子模的军队在怛逻斯（一译塔剌思，今哈萨克斯坦的江布尔）发生战争，辽军大败，双方退兵。
西辽军队返抵虎思斡耳朵时，城中居民拒绝他们入城，认为花剌子模大军就会紧随着追来。相持了十六天以后，西辽军队硬是用大象攻毁了城门，入城以后屠城三天三夜，大肆抢掠。国都的居民不信任自己国家的军队，而一个国家的军队竟对自己国都的市民大开杀戒，这样的国家离灭亡也不会太远了。
屈出律得知这一消息，即率兵袭击辽末主，将其擒获。1211年，屈出律篡夺了西辽政权，仍用西辽国号，尊直鲁古为太上皇，以便稳定自己的统治。两年后直鲁古病死。但屈出律的皇位还没有坐暖，就上演了螳螂捕蝉、黄雀在后的短命戏。1218年，他被蒙古军所杀。西辽故地尽入蒙古势力范围。
西辽在西北立国共九十四年。自阿保机建国至西辽灭亡，辽朝有长达三百零二年的历史。《辽史》在天祚帝被俘以后，仍续记西辽历史，到直鲁古死，才认为“辽绝”，这是有史识的。可惜西辽史若明若暗，再加上一般史书略而不提，遂使国人对中国历史上这一百年帝国知之甚少。