俄罗斯征服西伯利亚开始于1581年，当时俄罗斯商人斯特罗加诺夫家族进行毛皮贸易，受沙皇伊凡雷帝授权先行拓殖，期间更招募了于边境横行的叶尔马克·齐莫菲叶维奇，牵头向西伯利亚进攻。叶尔马克击破西伯利亚城将国界伸延至鄂毕河及额尔齐斯河，在西伯利亚汗国陷落后的八十年时间里，几乎整个西伯利亚被俄罗斯帝国所拓殖；除了黑龙江河谷、堪察加半岛、吉尔吉斯草原和叶尼塞河最上游部分。当俄国活动至贝加尔湖布里亚特时，与大清国发生冲突而签订界约。直到19世纪末期俄拓殖到整个西伯利亚：虽然俄罗斯帝国系统的权力结构不尽完美，但却征服和掌握了广阔的土地，并足以收集整片地方的毛皮，整个征服令莫斯科政权由一个在欧洲边缘的王国变成当时史上最大的大陆帝国。
俄方最早明确记述西伯利亚是在1407年，当时是仅指其西部地区（尤格拉）。通过造访当地的狩猎者、商人等提供情报，当局得知那里不单止有众多住民，更盛产毛皮，于是有意用兵征服当地的奥斯加克人（英语：Ostyak）（汉特人）、萨莫耶德人等族群。伊凡三世主政时曾三次迁军尤格拉，第一次是在1465年。到1483年时，再向当地派兵进行军事侦察，队伍由塔夫达河出发，入额尔齐斯河、鄂毕河再到达目的地，并未与当地产生大冲突。到瓦西里三世继位后虽主要重心放于与利沃尼亚、波兰和喀山汗国争夺领土，但未有放弃对西伯利亚的野心，其擅自在头衔前列加上了奥勃多尔（鄂毕多尔）和孔达地区，显示其将鄂毕河中下游地方当作势力范围。
西伯利亚汗国由台不花别吉开创，后来昔班家族的一名可汗伊巴克从他的孙子手上夺得秋明和汗位，但之后台不花别吉的后人杀了伊巴克夺回政权。随着毗邻的喀山汗国和阿斯特拉罕汗国于1550年代被沙皇俄国吞并，大大震动到西伯利亚汗国，执政的雅迪格尔（Yadiger，叶吉格尔汗）迫于沙俄武装威胁与本身权威不稳，于1555年向对方称臣纳贡。之后伊凡四世乘机开始插手汗国内政，镇压雅迪格尔的政敌，更自居为西伯利亚的君主。
1563年雅迪格尔被伊巴克的孙子库楚汗击败夺得汗位，起初库楚汗同意服从俄国宗主权，1572年库楚汗力图摆脱臣属地位未成。
由于沙皇为争夺波罗的海出海口深陷于旷日持久的立窝尼亚战争，更造成财库空虚，无力直接出兵西伯利亚，于是决定利用俄国富商实现计划。1574年3月，其便在亚历山大皇村召见了斯特罗加诺夫家族代表，决定同库楚姆汗进行军事较量。两个月后的6月7日沙皇颁诏，将托博尔河流域的全部土地都赐给斯特罗甘诺夫家族：圣旨同时公然指示他们可进一步组织人马，相机占领西伯利亚汗汗国的托博尔河、额尔齐斯河和鄂毕河诸地，可在那里修建城堡、设置火力据点，并开采铁矿和进行冶炼。诏书中还指出，可“派自己的军队去惩罚君主的叛逆者”，要求其征召志愿者和雇用哥萨克，供给他们火器，派他们同西伯利亚汗作战，俘获西伯利亚人，为君主征收贡赋。
在沙俄南部肆意妄为而被伊凡四世悬赏首级的哥萨克叶尔马克·齐莫菲叶维奇，在1579年4月被斯特罗加诺夫家族投书劝诱攻打汗国，叶尔马克于是于9月统率联军出征对付库楚汗。库楚汗在楚瓦什山托博尔河下扎营，在1581年营破遂逃亡，1582年10月，激战了三天，叶尔马克打败西伯利亚汗国的军队，占领了额尔齐斯河边的西伯利亚汗国首都喀什里克，彻底摧毁了这座城市。1584年，库楚汗在叶尔马克死后试图收复失地，但其领地仍持续被俄国人蚕食。1598年，库楚汗在鄂毕河畔被击败，从巴拉巴草原南下逃到诺盖汗国，由此西伯利亚汗国瓦解。之后俄军继续东进，吞并了西伯利亚汗国的邻国瓦剌，俄国国界已到今蒙古国境外西北部附近。
在消除了西部几个鞑靼政权的抵抗后，俄罗斯帝国继续东拓殖民西伯利亚，向叶尼塞河、维柳伊河和勒拿河等流域不断地发兵和扎营筑城。
1600年的先遣队在鄂毕河下游翻船后，徒步行进渡过塔兹河支流普尔河时被土著萨摩耶德人攻击而败走，在该河右岸距河口两百俄哩（约180公里）修建曼加结亚城。到了1601年4月，俄罗斯方面从托博尔斯克、别列佐夫和苏尔古特合共抽出两百人组成部队，要求他们：前去叶尼塞河地区收缴当地人打败俄军的战利品，和进一步探明当地实情并向当地人征税，施行征服；同时在图鲁汉河河口修建冬营地，以保障沙俄远征者可以顺利进入叶尼塞河。1607年曼加结亚当局派出哥萨克到下通古斯卡河逼迫通古斯人上交皮毛；同时派出军役队溯游而上，征服中通古斯卡河口的奥斯恰克人，至1610年入侵至瑟姆河和卡斯河流域，到1614年此一地带许多的原住民都被逼向沙俄方交税。皮亚西达一带于1614年左右也被曼加结亚纳入管辖范围，哥萨克得以扩张向该地原住民征收毛皮。
而对叶尼塞河中、上游出兵征服，则以纳雷姆（1596年建）和托木斯克城（1604年建）作为向该区域推进的大本营。1605年俄军于凯特河下游建立凯特堡，派出督军管治，以其为向上下河岸扩张的据点：督军通过收买凯特河上游奥斯恰克人的酋长，开进叶尼塞河建立叶尼塞斯克城；1609年又派军由该地向东进，沿克姆河溯叶尼塞河而上，驶入上通古斯卡河。
1637年沙皇专门设立西伯利亚事务衙门，主管西伯利亚的毛皮税务征收及军事、行政、司法等事务。再到1640年代，西伯利亚全境被纳入俄罗斯沙皇国的版图之中，东部边界推至太平洋西岸，使沙俄国土面积扩大两倍多。
早于17世纪，俄国已积极向西伯利亚扩张，并与清帝国发生冲突。清俄分别于1689年和1727年签署《尼布楚条约》和《恰克图条约》确立边界。1858年5月，俄国乘英法联军与清帝国开战之际，以武力威胁黑龙江将军奕山签署《瑷珲条约》，以黑龙江为边界。1860年签订的《中俄北京条约》，俄国更把整个外满洲（包括库页岛）吞并，并获得海参崴这个不冻港，以扩展其于西太平洋的影响。另一方面，俄国亦企图将势力染指库页岛及千岛群岛，与日本展开争夺。1875年5月7日，时日本与俄国签订《库页岛千岛群岛交换条约》，俄国把千岛列岛北部给予日本，换取库页岛的主权。19世纪末期，俄国向清政府租借大连，成立关东州。俄国亦藉得到东清铁路的建筑权对满洲进一步牵制，意图建立“黄俄罗斯”。
俄国政府是依靠着一套复杂的关系系统对西伯利亚施加影响，一方面是包括了商人、狩猎人和哥萨克，另一方则是在西伯利亚拓殖堡寨设置的早期总督。当局未有在为西伯利亚东扩提供很多资源，西伯利亚的总督们是被获准在上贡莫斯科固定份额前提下，“自给自足”地筹措资金：贩卖毛皮、酒和女性来养活自己及下属，因此有些总督也给自己获取了巨额利益。虽容许存在这种“中饱私囊”，但它在西伯利亚拓殖官僚体系里所确立的免责制（免罚制）在19世纪之前都一直困扰著当局：由西伯利亚的省长级至一般文职，各层行政官吏盛行着偷窃、贪污和贿赂。被派去促进并保护拓殖利益的所有军役人员(sluzhilye liudi)和猎商，在获得西伯利亚官员等默许的情况下，通过自由地探索新土地和对原住民征收实物税（即毛皮），协助征服西伯利亚。
俄罗斯横越西伯利亚的拓殖策略基础是河流，水陆联运和堡寨(ostróg)。西伯利亚大多河流有很长的路程可以通航，拓殖者就乘着平底船沿水路上下行驶，碰到逆风或逆流时，就用人拉纤。四条大水系中有三条被山隔开，但山均不高，所以俄人可以在它们间建立起短途的水陆联运，链接起河流形成更广阔的交通网络，以有效控制西伯利亚。同时拓殖者通过建设堡寨来控制河流。
一般的堡寨规格，是用十到二十英尺高的木栅栏筑成矩形，沿栅栏筑成一道胸墙。四角有架设炮台对着门口，有时设在门口两边；围栏里面就建筑起一切设施，如统领办公室、关税办公室、兵房、谷仓、教堂等等。堡寨也是政府毛皮贸易的中心。另外附近还会加建“齐莫维耶”(zimovie)或木屋（原意是过冬的住屋），它们可以建在森林、苔原，或沿海河湖等水边，或水陆联运处等一切没有处所的位置。这些木屋可以容纳五十人之多，可当作过冬驻所，也是哥萨克征收实物税的前哨站，保护俄人防范原住民。由于拓殖者不断流入西伯利亚，木屋也常再被扩建成堡寨，成为拓殖管理的中心。
随着不断扩张领土和获取资源的欲望膨胀，在17到18世纪流放西伯利亚的制度也具有了经济目标。在1592年的乌格利奇起义者被驱逐后，当局不断将被流放的对象送去西伯利亚那些未能吸引足够多自愿移民的地区。彼得大帝在位时，苦役犯参与大规模建设项目的做法也推广到了西伯利亚，有约2万名瑞典战俘（包括参与修建托博尔斯克克里姆林者）戴着镣铐被发送到各拓殖据点，利用囚犯在劳动场所开采原材料的做法得到推广。各种各样被强迫到当地的人，就辛苦地劳作在属于沙皇或其他拓殖者的矿山、盐场和酿酒厂里：有属于服苦役（Каторга）的人，逃兵和逃亡农奴，还有其他被从帝国的欧洲部分强制发配的国家农民或私人农奴。
