Vers 1010, les rois de Koukia s'installèrent à Gao et se convertirent à l'islam. La ville voisine de Tombouctou devient le point de regroupement des caravanes et le centre du commerce transsaharien, ce qui en fait non seulement la métropole économique de l'empire mais aussi le principal centre religieux et intellectuel. Cette cité mystérieuse s'honore alors de nombreux monuments en pisé (mélange de terre et de paille), telles les mosquées Jingereber, Sidi Yaya et Sankore. Le Français René Caillié la découvrira bien plus tard.
Vers l'an 1300, le Songhai passe sous la coupe de l'empire du Mali. Mais il retrouve son indépendance sous le règne de Sonni Ali Ber (1464-1492) qui combat les Peuls et les Touaregs, ainsi que les lettrés musulmans de la ville sainte de Tombouctou. Sonni Ali tente de préserver la culture africaine de son royaume.
Le successeur de Sonni Ali, Sarakollé Mohammed Touré (1493-1528), prend le contrepied de sa politique, achève d'islamiser le royaume avec une extrême brutalité que rapporte le voyageur Léon l'Africain. Il fonde la dynastie musulmane des Askia sous laquelle l'Empire songhai devint un champion de l'islam et connut son apogée.
Le Songhai s'effondre en 1591 suite à l'invasion du sultan marocain Ahmed al-Mansur Saadi et à la bataille de Tondibi. L'empire éclatera en une douzaine de principautés.
