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蒙古的大汗忽必烈于1276年入主中国并建立元朝，此后中国实际上成了一个横跨亚洲的庞大帝国的一部分。这个帝国东边起自朝鲜半岛和中国东北地区，穿过西域、中亚以及西伯利亚部分地区，西部延伸到美索不达米亚和高加索地区。在这种情况下，中国人与西方世界有频繁而广泛的接触就不足为奇了。威尼斯人马可•波罗声称自己曾生活在元代的中国，这一说法至今仍存在争议。但是他对13世纪中国惊人的世界主义和繁荣的描述确实是足够准确的：
所有印度来的船只都来到这个港口（福建泉州），它们带着大量昂贵的商品、无价的宝石和又大又好的珍珠。在这里，所有来自中国南方的商人，或者至少是来自周边地区的商人，都在海上……我告诉你们，每有一艘装满胡椒的船开往亚历山大港或其他地方，要运到基督教世界，就有一百多艘船开往刺桐（泉州）。在这个镇上装配的商品，量大到几乎令人难以置信……
在宋朝，激增的贸易模式和对奢侈品的品位都是司空见惯的，蒙古人到来以后，很多方面延续了之前的势头。世界各地的商人云集中国。东海岸一线，山东、浙江、福建和广东的港口，遍布航海家和商人，他们来自越南、婆罗洲、爪哇、苏门答腊、蒲甘、印度、中东，以及朝鲜半岛、日本和更远的地方。
蒙古人对商业交流的控制超过宋朝，因为蒙古人想要获得巨大的利润，他们试图垄断国际贸易。1284年，他们颁布禁令，中国商人只有在经过政府特别拣选并使用政府提供的船只和资本后才可以到海外进行贸易。蒙古人拿走了对外贸易利润的70%，征收的税种繁多、税率沉重。尽管国际贸易仍很重要，但是最终的结果是，它已经陷入相对衰退。
辽阔的蒙古帝国促进了信息和商品的流通。元代中国吸收了波斯的天文学思想，大约在1260年，来自世界各国的学者建立了一个国际天文台。1267年，波斯天文学家、地理学家扎马鲁丁（Jamal al-Din）为忽必烈制定了一个新的历法，但是它最终被一种可能是在阿拉伯历法影响下制定的中国历法所取代。他还给忽必烈带来了一个波斯的地球仪，还有包括浑天仪、天球、日晷、星盘在内的天文仪器，以及这些仪器的设计图。几年后，针对中国的制度与穆斯林的差异，中国天文学家郭守敬（1231—1316）根据中国的特殊需要修改了其中的一些设计。郭氏为北京天文台制作的天文仪器，一直使用到400年后耶稣会传教士建造出新的仪器为止。
与此同时，中国制图师继续绘制范围更广、精度更高的地图。得益于蒙古人控制的广大领土和天文学的进步，他们正确地测量了越来越多地方的纬度：朝鲜半岛的平壤、西伯利亚的贝加尔湖、蒙古的哈拉和林、中国南部沿海的海南岛。大约1320年，舆图绘制家朱思本（1273—1337）绘制了一幅地图，奠定了中国人未来几百年中世界知识的基础。他的地图包括欧洲大约100个地名的语音名称［Alu-mang-ni-a（近似现代德国，Allemagne）和Fa-li-hsi-na（现代法国）］。它展现了一个大约现在位于布达佩斯的小镇，并描绘了地中海。与当代欧洲地图不同的是，朱氏的地图也正确地绘制了非洲的形状和方位，以及非洲大陆北部的一些细节。像描绘戈壁沙漠一样，他同样用黑色来描绘撒哈拉沙漠。戈壁沙漠在今蒙古国西部，接近中国边境。它用一座展示着法老的塔表示亚历山大，并给出了大约35个非洲地名。至少在接下来的一个世纪里，中国的世界地图仍然完全以朱思本的作品作为基础。
在蒙古人的统治下，“阿拉伯人”这个词语主要指波斯人和中亚人。就像唐朝统治时期的印度人一样，阿拉伯人在中国的科技领域占据着主导地位。元朝历史记载，穆斯林炮手在1270年代帮助元朝最终打败了宋人，他们很可能向中国传递了军事技术和其他方面的信息。这样的知识是双向传播的：传统上认为，正是蒙古人将火药的配方从中国通过他们在亚洲幅员辽阔的帝国传到了欧洲，彻底改变了战争的面貌。
元朝的另一项重要进步是棉花产业的迅速发展，在他们辽阔帝国的其他地方，蒙古人也许已经知道了它们的优势。之前，中国的棉花种植基本局限于南部边境地区，但在蒙古税收优惠和技术信息传播的鼓励下，棉花种植成为当时中国经济的一个重要因素。国家推广棉花的努力得到了黄道婆（约生于1245年）的帮助。黄道婆后来被封为棉花的守护神，她把净棉和纺织原棉的技术传到了长江下游地区，之后那里成了棉花种植和生产的主要中心。
景教徒在蒙古人统治下取得了相当大的成功，蒙古人也认为，西方基督教世界的统治者是对抗穆斯林的潜在盟友，而穆斯林的政治力量阻碍了蒙古建立世界帝国的计划。在蒙古人治下的中国，大多数基督教徒都是聂斯托利派，包括忽必烈汗的母亲，她鼓励儿子们实行宗教宽容。聂斯托利派在中国南方建立了若干教堂，并维持着一些繁荣的团体，这令教皇任命的北京总主教方济会的若望·孟高维诺（JohnofMonte Corvino）懊悔不已，他于1294年来到中国，在北京建造了两座教堂，寄希望于能使许多中国人皈依正统天主教。
也许是受到母亲的影响，忽必烈并没有因为宗教原因迫害他的臣民。相反，他鼓励宗教多样性，其中部分是为了抵消儒家思想的影响。他本人私下将西藏喇嘛八思巴认作自己的导师，并与他共同建立对西藏的政教合一的统治。
1280年代，一位来自中国的景教僧侣成了第一个到达欧洲的中国人。列班·扫马带着一名学生开始了他的朝圣之旅，他们的目的地是耶路撒冷聂斯托利派殉道者和教父的坟墓。在他们的教会和蒙古朝廷的支持下，这两名朝圣者穿越中亚，从一个绿洲到另一个绿洲，最终到达巴格达，在那里他们涉入了当地的宗教和政治事务。列班·扫马最终独自前往罗马和巴黎，肩负着波斯地区蒙古统治者的外交使命。蒙古统治者想让他说服教皇、法国和英国国王一起，发起一场反对伊斯兰教的十字军远征。两位国王正式接待了列班·扫马，并明确表示要加入他们所期望的联盟，但这位修道士到达罗马时，正值选立新教皇期间，因此无法完成他的使命。他死于波斯，再没有回到中国。
列班·扫马的冒险历程——正是这个来自辽阔蒙古帝国东端的基督教修士，在西欧的宫廷里进行外交活动——如果在蒙古人的国际主义背景下看，就不那么令人惊讶了。在中国，蒙古人按照明确的民族界线重组社会。人被分为四等：第一等级是蒙古人；第二等级是色目人，或是西亚人和中亚人；第三等级是1127年宋朝南迁后生活在女真人的金朝统治下的北方汉人；最低层次的是之前南宋治下的中国臣民。蒙古人更愿意雇用色目人在政府高层任职，因为他们认为色目人比汉人更可靠。除了列班·扫马，在不同时期，他们的政府中还包括来自中亚的穆斯林、西藏人、西亚人，以及马可·波罗这样的威尼斯商人。尽管在中国的官僚体制下，把这种责任交给外国人并不是惯例，但这种做法在当时已在亚洲各地普遍存在，在亚洲，国家的定义往往很松散。
蒙古人的开放思想扩展到了艺术领域。例如，忽必烈的追随者之一是尼泊尔画家和建筑师阿尼哥（1224—1306），他除了为皇帝画像，还设计了许多寺庙和亭台楼阁，将西藏地区和尼泊尔的建筑元素引入中国。
汉人学者是否像他们的蒙古统治者那样具有世界视野仍有待商榷。外族征服所带来的创伤，更容易使汉人认为，包括蒙古人在内的外族人都是他们所不屑的蛮夷，他们更钟情于汉人的文化。但证据显示，在异族统治下，文化的影响是双向的。