Dinasti Khwarazmian, yang ditubuhkan di Iran, hanya bertahan sehingga pencerobohan Mongol di bawah Genghis Khan .Menjelang 1218, Empayar Mongol yang berkembang pesat bersempadan dengan wilayah Khwarazmian.Ala ad-Din Muhammad, penguasa Khwarazmian, telah meluaskan wilayahnya ke seluruh Iran dan mengisytiharkan dirinya shah, memohon pengiktirafan daripada khalifah Abbasiyah Al-Nasir, yang dinafikan.Pencerobohan Mongol ke atas Iran bermula pada 1219 selepas misi diplomatiknya ke Khwarezm dibunuh secara beramai-ramai.Pencerobohan itu kejam dan menyeluruh;bandar-bandar utama seperti Bukhara, Samarkand, Herat, Tus, dan Nishapur telah dimusnahkan, dan penduduk mereka telah dibunuh beramai-ramai.Ala ad-Din Muhammad melarikan diri dan akhirnya meninggal dunia di sebuah pulau di Laut Kaspia.Semasa pencerobohan ini, Mongol menggunakan teknik ketenteraan yang canggih, termasuk penggunaan unit lastik Cina dan mungkin bom serbuk mesiu.Askar Cina, mahir dalam teknologi serbuk mesiu, adalah sebahagian daripada tentera Mongol.Penaklukan Mongol dipercayai telah memperkenalkan senjata barut China, termasuk huochong (sejenis mortar), ke Asia Tengah.Kesusasteraan tempatan seterusnya menggambarkan senjata serbuk mesiu yang serupa dengan yang digunakan diChina .Pencerobohan Mongol, yang memuncak dengan kematian Genghis Khan pada tahun 1227, telah menghancurkan Iran.Ia mengakibatkan kemusnahan yang ketara, termasuk menjarah bandar-bandar di barat Azerbaijan .Orang Mongol, walaupun kemudiannya memeluk Islam dan mengasimilasikan budaya Iran, telah menyebabkan kerosakan yang tidak dapat diperbaiki.Mereka memusnahkan keilmuan, budaya, dan infrastruktur Islam selama berabad-abad, memusnahkan kota, membakar perpustakaan, dan menggantikan masjid dengan kuil Buddha di beberapa kawasan.^[38]Pencerobohan itu juga memberi impak buruk kepada kehidupan awam Iran dan infrastruktur negara.Kemusnahan sistem pengairan qanat, khususnya di timur laut Iran, mengganggu corak penempatan, menyebabkan banyak bandar pertanian yang dahulunya makmur.^[39]Selepas kematian Genghis Khan, Iran ditadbir oleh pelbagai komander Mongol.Hulagu Khan, cucu Genghis, bertanggungjawab untuk perluasan kuasa Mongol ke arah barat.Walau bagaimanapun, pada zamannya, Empayar Mongol telah berpecah kepada puak yang berbeza.Hulagu menubuhkan Ilkhanate di Iran, sebuah negara yang memisahkan diri dari Empayar Mongol, yang memerintah selama lapan puluh tahun dan menjadi semakin Persia.Pada tahun 1258, Hulagu merampas Baghdad dan menghukum bunuh khalifah Abbasiyah yang terakhir.Pengembangannya dihentikan pada Pertempuran Ain Jalut di Palestin pada tahun 1260 oleh Mameluk.Selain itu, kempen Hulagu terhadap umat Islam menyebabkan konflik dengan Berke, khan Muslim Golden Horde , yang menonjolkan perpecahan perpaduan Mongol.Di bawah Ghazan (r. 1295–1304), cicit Hulagu, Islam telah ditubuhkan sebagai agama negeri bagi Ilkhanate.Ghazan, bersama wazir Irannya Rashid al-Din, memulakan kebangkitan ekonomi di Iran.Mereka mengurangkan cukai untuk tukang, menggalakkan pertanian, memulihkan kerja pengairan, dan meningkatkan keselamatan laluan perdagangan, yang membawa kepada lonjakan dalam perdagangan.Perkembangan ini memudahkan pertukaran budaya di seluruh Asia, memperkayakan budaya Iran.Hasil yang ketara ialah kemunculan gaya baru lukisan Iran, menggabungkan unsur seni Mesopotamia dan Cina.Walau bagaimanapun, selepas kematian anak saudara Ghazan Abu Said pada tahun 1335, Ilkhanate turun ke dalam perang saudara dan berpecah kepada beberapa dinasti yang lebih kecil, termasuk Jalayirid, Muzaffarid, Sarbadars, dan Kartid.Abad ke-14 juga menyaksikan kesan buruk daripada Kematian Hitam, yang membunuh kira-kira 30% penduduk Iran.^[40]