שושלת חוואראזמיאן, שהוקמה באיראן, נמשכה רק עד הפלישה המונגולית תחת ג'ינגיס חאן .עד 1218, האימפריה המונגולית המתרחבת במהירות גבלה בשטח חוואראזמיאן.עלא א-דין מוחמד, השליט החווארזמיאני, הרחיב את ממלכתו על פני רוב שטחי איראן והכריז על עצמו שאה, וביקש הכרה מהח'ליף העבאסי אל-נאסיר, דבר שנדחה.הפלישה המונגולית לאיראן החלה ב-1219 לאחר שנציגויותיו הדיפלומטיות בח'ווארזם נטבחו.הפלישה הייתה אכזרית ומקיפה;ערים גדולות כמו בוכרה, סמרקנד, הראט, תוס ונישאפור נהרסו, ואוכלוסייתן נטבחה.עלא א-דין מוחמד ברח ולבסוף מת על אי בים הכספי.במהלך הפלישה הזו, המונגולים השתמשו בטכניקות צבאיות מתקדמות, כולל שימוש ביחידות בליסטראות סיניות ואולי פצצות אבק שריפה.חיילים סינים, מיומנים בטכנולוגיית אבק שריפה, היו חלק מהצבא המונגולי.מאמינים שהכיבוש המונגולי הכניס למרכז אסיה נשק אבק שריפה סיני, כולל הווצ'ונג (מרגמה).ספרות מקומית שלאחר מכן תיארה נשק אבק שריפה בדומה לאלו המשמשיםבסין .הפלישה המונגולית, שהגיעה לשיאה במותו של ג'ינגיס חאן ב-1227, הייתה הרסנית עבור איראן.זה הביא להרס משמעותי, כולל בזיזת ערים במערב אזרבייג'ן .המונגולים, למרות שהתאסלמו מאוחר יותר והיטמעו בתרבות האיראנית, הסבו נזק בלתי הפיך.הם הרסו מאות שנים של למדנות, תרבות ותשתיות אסלאמיות, הרסו ערים, שריפו ספריות והחליפו מסגדים במקדשים בודהיסטים באזורים מסוימים.^[38]לפלישה הייתה גם השפעה קטסטרופלית על החיים האזרחיים האיראניים ועל התשתית של המדינה.הרס מערכות ההשקיה של קנאת, במיוחד בצפון מזרח איראן, שיבש את דפוס ההתנחלויות, והוביל לנטישת עיירות חקלאיות רבות ששגשגו בעבר.^[39]לאחר מותו של ג'ינגיס חאן, איראן נשלטה על ידי מפקדים מונגולים שונים.הולאגו חאן, נכדו של ג'ינגיס, היה אחראי להתרחבות נוספת מערבה של הכוח המונגולי.אולם עד זמנו, האימפריה המונגולית התפצלה לפלגים שונים.הולאגו הקים את האילחנאט באיראן, מדינה מתפרקת של האימפריה המונגולית, ששלטה במשך שמונים שנה והפכה ליותר ויותר פרסית.בשנת 1258 כבש חולאגו את בגדאד והוציא להורג את הח'ליף העבאסי האחרון.התפשטותו נבלמה בקרב עין ג'לוט בארץ ישראל ב-1260 על ידי הממלוכים.בנוסף, הקמפיינים של הולאגו נגד מוסלמים גרמו לסכסוך עם ברקה, החאן המוסלמי של עדר הזהב , והדגישו את התפוררות האחדות המונגולית.תחת ע'זאן (1295–1304), נינו של הולאגו, הוקם האיסלאם כדת המדינה של האילחנאט.ע'זאן, יחד עם הווזיר האיראני שלו רשיד אל-דין, יזמו תחייה כלכלית באיראן.הם הפחיתו מסים לבעלי מלאכה, קידמו חקלאות, שיקמו עבודות השקיה והגבירו את אבטחת נתיב המסחר, מה שהוביל לעלייה במסחר.התפתחויות אלה הקלו על חילופי תרבות ברחבי אסיה, והעשירו את התרבות האיראנית.תוצאה בולטת הייתה הופעתו של סגנון חדש של ציור איראני, המשלב אלמנטים אמנותיים מסופוטמיים וסיניים.עם זאת, לאחר מותו של אחיינו של ע'זאן אבו סעיד בשנת 1335, האילחנאט ירדה למלחמת אזרחים והתפצלה לכמה שושלות קטנות יותר, כולל הג'לאירידים, המוזפארים, הסרבאדרים והקרטידים.המאה ה-14 הייתה עדה גם להשפעה ההרסנית של המוות השחור, שהרג כ-30% מאוכלוסיית איראן.^[40]