Russland kam zu Beginn des 18. Jahrhunderts in die kasachischen Steppen. Erst unter der Herrschaft russischer Zaren in den 1730er Jahren schlossen sich kasachische Clans der so genannten Kleinen und Mittleren Schüs (Horde), die Schutz vor den kriegerischen Dschungaren suchten, bereitwillig den Russen an. Um den Großen Schüs musste mit dem Khanat Kokand gekämpft werden, doch auch er wurde in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts dem Russischen Reich angegliedert, dem es bis zu seinem Zusammenbruch 1917 angehörte.
In den ersten Jahren der Sowjetmacht waren die von den Kasachen besiedelten Gebiete einer umfassenden national-territorialen Abgrenzung unterworfen: Die Namen, Grenzen und Hauptstädte ihrer nationalen Autonomien änderten sich ständig. So hatten die Kasachen in den neun Jahren zwischen 1920 und 1929 drei Hauptstädte: Orenburg, Kyzyl-Orda und Alma-Ata. Die administrative und territoriale Stabilität kam erst 1936, als sich die Kasachische Autonome Sozialistische Sowjetrepublik von Sowjetrussland abspaltete und eine Unionsrepublik innerhalb der UdSSR wurde.
Die Kollektivierungspolitik der sowjetischen Regierung in den späten Zwanzigerjahren (die Vereinigungen der Bauernhöfe von Einzelbauern in Kolchosen), die die spezifische Lebensweise der Kasachen ignorierte, führte in Verbindung mit der erzwungenen Sesshaftigkeit der Nomaden und der daraus resultierenden Dürre in den Jahren 1931 – 1932 zur schlimmsten Hungersnot in der Geschichte Kasachstans. Verschiedenen Schätzungen zufolge starben zwischen einer und anderthalb Millionen Menschen und etwa 200.000 weitere Menschen wanderten in die Nachbarländer Iran, China und Afghanistan aus.
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Die von den sowjetischen Behörden eingeleitete Kampagne zur Beseitigung des Analphabetismus im ganzen Land war für Kasachstan besonders wichtig: Zum Zeitpunkt des Zusammenbruchs des Russischen Reiches lag die Alphabetisierungsrate hier bei etwa fünf Prozent. Bis 1939 hatte sie die 70-Prozent-Marke überschritten! Am Vorabend des Zweiten Weltkriegs gab es in der Kasachischen SSR zwanzig höhere Bildungseinrichtungen und über hundert weiterführende Bildungseinrichtungen mit 40.000 Studenten.
Das riesige, aber dünn besiedelte Kasachstan wurde in den Dreißiger- und Vierzigerjahren zum wichtigsten Zufluchtsort für die von den Behörden deportierten Völker: Polen und Ukrainer aus der Westukraine, Chinesen und Koreaner aus Sachalin und Primorje, Deutsche aus der Wolgaregion und viele andere. Der Wiederaufbau und die Rückkehr der Vertriebenen in ihre Heimat begannen erst nach Stalins Tod 1953.
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Zu dieser Zeit begann sich die Kasachische SSR zu einem bedeutenden Industriezentrum der Sowjetunion zu entwickeln: Die Schwer- und Leichtindustrie entwickelte sich rasch, Fabriken und Anlagen wurden gebaut und Mineralvorkommen erschlossen. Damit wurde das Karaganda-Becken zur größten Kohleförderstelle des Landes nach dem Donbass und dem Kusbass. Wegen des Mangels an Arbeitskräften in den Betrieben wurden Hunderttausende von Arbeitskräften aus dem ganzen Land in die Kasachische SSR geschickt.
Während des Zweiten Weltkriegs war Kasachstan ein zuverlässiges Hinterland für die UdSSR. Etwa 150 Unternehmen wurden aus den westlichen Regionen des Landes hierher verlagert und weitere mehrere Hundert wurden von Grund auf neu aufgebaut. Während der deutschen Besetzung der wichtigsten Rohstoffgebiete der Sowjetunion steigerte die Kasachische SSR ihre Produktion von Buntmetallen, Elektrizität und flüssigen Brennstoffen um ein Vielfaches. Mehr als eine Million Kasachen nahmen an den Schlachten gegen den Feind teil – von der Verteidigung der Grenzfestung Brest bis zur Einnahme von Berlin.
In der Nachkriegszeit entwickelte sich die Kasachische SSR als wichtigstes Wirtschaftszentrum des Landes weiter: Eine groß angelegte Kampagne zur Erschließung von Neuland wurde gestartet, Dutzende von Städten wurden gegründet und neue Unternehmen aufgebaut. Die menschenleeren kasachischen Steppen wurden 1949 zu einem idealen Testgelände für die erste sowjetische Atombombe. Das charakteristische Terrain der Republik eignete sich gut für die Errichtung des ersten Weltraumbahnhofs Baikonur, der 1957 in Betrieb genommen wurde.
Die Führung der Kasachischen SSR verfolgte aufmerksam den Zerfall der Sowjetunion, der in den späten Achtzigerjahren begann. Die enge Verflechtung der Wirtschaft der Republik mit der Wirtschaft Sowjetrusslands sowie die Tatsache, dass die einheimische kasachische Bevölkerung viel kleiner war als die nicht-kasachische (1989 betrug der Anteil nur 6,5 Millionen von 16 Millionen der Gesamtbevölkerung), veranlassten die Republik zu einem sehr vorsichtigen Vorgehen. So war Kasachstan schließlich die letzte der Sowjetrepubliken, die sich von der UdSSR abspaltete und am 16. Dezember 1991 ihre Unabhängigkeit erklärte.