縱觀兩千多年來絲綢之路上的文化交流，可以說有三次高潮，第一次發生在絲綢之路初辟時的漢代，以中原與狹義西域（今新疆）之間的文化交流為主；第二次是晉至唐朝時期，以中國與印度、中西亞、東羅馬帝國之間的文化交流為主，特別是佛教文化的傳播交流達到高潮；第三次是明代以來，以西方傳教士東來，天主教傳播和近代科學技術的傳入為主要內容，這一過程更多地是通過海上絲綢之路來承擔的。
例如，漢與烏孫有和親關係，其與漢朝不僅保持較為密切的友好關係，“烏孫公主遣女來至京師學鼓琴”，而且宣帝亦曾以“烏孫主解憂弟子相夫為公主，置官屬侍禦百餘人，舍上林中，學烏孫言”。宣帝親自組織百餘人寄居上林苑，學習烏孫語言，即表示對烏孫的友好，又通過實際行動作為表率，號召人們學習烏孫語言，以加強雙方的友好關係。再如龜茲與漢交好，“元康元年，遂來朝賀。王及夫人皆賜印綬。夫人號稱公主，賜以車騎旗鼓，歌吹數十人，綺繡雜繒琦珍凡數千萬。留且一年，厚贈送之。後數來朝賀，樂漢衣服製度，歸其國，治宮室，作檄道周衛，出入傳呼，撞鍾鼓，如漢家儀。外國胡人皆曰：‘驢非驢，馬非馬，若龜茲王，所謂騾也。’”“樂漢衣服製度”、“如漢家儀”正是龜茲人學習漢文化禮儀製度的反映。而外國胡人對龜茲人“驢非驢，馬非馬”的諷刺，反證了龜茲人的文化與禮儀、製度諸方麵在漢文化影響下已經發生變化。這可以說是漢代中原與西域文化交流影響的一段佳話。到了東漢末年，中原與西域的文化交流進一步深入，西域胡人的文化與生活方式受到人們的喜愛和模仿，以至出現靈帝“好胡服、胡帳、胡床、胡坐、胡飯、胡空侯、胡笛、胡舞”，以追求胡人生活及習俗為樂事，而且，受其影響示範，更是出現“京都貴戚皆競為之”的盛況。
自晉至唐，是印度佛教及其文化大規模傳入中國並且中國化的主要時期，不少求法高僧如法顯、玄奘等，不遠萬裏曆盡艱辛前往印度遊學求經。亦有域外高僧大德來到中國布教弘法。西亞、歐洲的祆教、摩尼教、伊斯蘭教、景教也開始傳入中國。這種宗教文化傳入，對中國社會影響深遠。如佛教在唐代就取得了與道教、儒學並稱的地位，對唐代宮廷和民間社會都產生了巨大影響。音樂、舞蹈是盛唐文化最重要的組成部分，也是深受外來文化影響。唐朝音樂主要分為雅樂和燕樂兩大門類。其中，雅樂主要用於祭祀和朝會等隆重場合，是一種相當程式化的廟堂音樂，燕樂主要是在宴飲的場合表演的音樂和歌舞。外來文化對唐朝音樂的影響主要表現在燕樂上。唐朝的燕樂是在隋朝九部樂的基礎上發展而來，隋朝初年，文帝定七部樂為正式的燕樂，分別是國伎、清商伎、高麗伎、天竺伎、安國伎、龜茲伎和文康伎。煬帝即位之後，在此基礎上加以改革，定清樂、西涼、龜茲、天竺、康國、疏勒、安國、高麗與禮畢等為九部樂。唐太宗時去禮畢，增燕樂，定高昌後，在貞觀十六年（642)又加高昌樂，在隋朝九部樂的基礎上形成了唐朝的十部樂。榮新江曾對受外來文化影響的唐代音樂、舞蹈、繪畫與石窟藝術有過論述：
從魏晉到隋唐，隨著屬於伊朗文化係統的粟特人的大批遷入中國，西亞、中亞的音樂、舞蹈、飲食、服飾等等，大量傳入中國。特別是沿著絲綢之路留存下來的佛教石窟，著名的如龜茲的克孜爾、吐魯番柏孜克裏克、敦煌莫高窟、安西榆林窟、武威天梯山、永靖炳靈寺、天水麥積山、大同雲岡、洛陽龍門等等，這些石窟大多融會了東西方的藝術風格，是絲綢之路上中西文化交流的見證，它們連成一串寶珠，成為絲綢之路上的重要文化遺產。
除此之外，還有天文、曆法、數學、醫藥、建築、造船、製玻璃、製糖、釀酒術等科學技術的傳人，對中國科學技術和社會生活的提高，產生了積極影響。
隨著新航路的開辟，世界貿易的中心由地中海轉向大西洋，貿易重心也隨之由陸上轉向海洋。於是，海上絲綢之路的作用和傳播功能不斷增強，但是，陸上絲綢之路的文化傳播功能仍然在發揮作用。16世紀以來，隨著天主教的東傳特別是許多西方傳教士的來華，如湯若望、利瑪竇、艾儒略、南懷仁、蔣友仁、白晉等都是傑出代表，在他們的介紹下，近代西方科學技術也開始傳入中國，如機械、火炮、水利、物理、數學、天文曆算、地理學與地圖的測繪、生物學和醫學等，門類繁多。這對中國近代科技和文化發展具有重要的意義。
與此同時，早期來華的耶穌會士首先翻譯並介紹了中國儒家經典四書五經，翻譯並撰寫了大批關於中國儒家學說、孔子傳略的著作。如《孔子道德論》、《中國哲人孔子的道德》、《中國人的政府和道德觀念》、《中國的哲學》以及《中華帝國誌》等。他們還搜集中國史學、哲學著作和文藝書籍。他們調查、考察和探討的學科，包括天文學、地理學、中國編年史、漢學研究、自然科學以及政治、經濟和社會現狀。法國逐步成為中國傳統文化西傳的中轉站。
這樣的文化交流與傳播，於東西方文化、科技、藝術的發展，對推動人類的文明進步，無疑具有重要的促進作用。絲綢之路在這一進程中，發揮了至關重要的傳輸作用。