建國之初，這個王朝有如突厥汗國，也是一個相當鬆散的多民族部落聯合。
中央與汗室
早期喀喇汗王朝的政治體制是阿爾泰語系各民族古老的習慣法“雙王制”，即汗國分為兩部分，由汗族中最長者任大可汗，次長者任副可汗，分別統治汗國的一部分，正汗、副汗的汗號往往帶氏族圖騰如獅子(阿爾斯蘭)、公駝(博格拉)等名。正、副汗之下有四個小汗，分別是阿爾斯蘭伊利克，博格拉伊利克，阿爾斯蘭特勤，博格拉特勤，小汗之下有埃米爾、玉伽、俟斤、伯克、伊難珠匐等頭銜，對應宰相、將軍、侍從官、祕書官等職務，以此組成嚴明封建等級階梯，逐級晉升，分治各地。
公元10世紀信奉伊斯蘭教後，稱號之下再加伊斯蘭名字和稱號。由於與以薩曼王朝為代表的波斯—伊斯蘭文明頻繁接觸，逐漸吸收波斯薩曼王朝中央集權制度，加以糅合發展，喀喇汗王朝在一些比較重要的地區設立省份、城市、州縣，任命埃米爾、伯克等官僚進行統轄。並在中央設立“迪萬”(dawani，國務會議)，宗教事務所等機構，協助汗室處理政治、司法與宗教事務。
薩圖克·布格拉汗·阿卜都·卡里姆卒於955年。他一生最重要的事蹟，是在西部突厥各族人民與穆斯林世界頻繁交往二百五十餘年的基礎上，首先皈依伊斯蘭教。子木薩繼位，20萬帳突厥人接受了伊斯蘭教，於是喀喇汗王朝便成為中國境內第一個接受伊斯蘭教的突厥語民族建立的王朝。
同時，王朝的歷代可汗在稱號中大多都附加“喀喇汗” 這一表示維護傳統的顯赫尊號，後世的史學家才特別地稱其為“喀喇汗王朝”，此外，王朝大汗的頭銜中又往往附加一個稱號——”“桃花石汗”，其明確含義即為“中國君王”。
汗位的繼承，是傳長制，不是嫡承製。大可汗稱為阿爾斯蘭喀喇可汗，駐巴拉沙袞(今吉爾吉斯斯坦共和國托克馬克東)，以後隨着王朝統治民族定居農業文化的發展，多駐喀什噶爾。所以喀什噶爾又稱為“斡耳朵坎特”。副可汗稱博格拉喀喇可汗，初駐怛邏斯(今哈薩克斯坦共和國塔拉斯)，中遷喀什噶爾，後又遷回怛邏斯，公元893年，怛羅斯被波斯薩曼王朝攻佔，遂遷至喀什噶爾，公元999年滅薩曼王朝後，撒馬爾罕(今烏茲別克斯坦撒馬爾罕)、布哈拉(今塔吉克斯坦布哈拉)成為汗國新的政治、經濟中心。
喀喇汗王朝在王朝的直轄領地，再不分封，實行中央集權。取消了分封制，這在中亞史上是一個具有里程碑意義的重大進步，它極大改變了新疆以及中亞南部千百年來分裂割據的局面，而且有效地保證了中央集權。所以喀喇汗一代，除東西喀喇汗分家之外，從未見有地方政權獨立、封建領土混戰的記載，這有利於社會的安定和生產的發展。
儘管喀喇汗王朝實行中央集權，但汗國仍具有一定的分裂趨勢。問題的根源就在於雙汗制度，大汗直接統治東部，汗廷在八剌沙袞(Balasagun)，副汗治怛邏斯(Talas)和喀什(Kashgar)。雙汗都享有軍事權，對汗國的統一是一大隱患。
地方
汗國奉行軍功爵制。汗國的基層官僚大部分是軍隊之中的下級軍官，普通的汗國臣民，想要進入汗國的政治階層，必須要踴躍參軍，在戰場之上英勇殺敵，並立下足夠的戰功，軍功是接受爵位、俸祿與土地的必要條件。立下的軍功越大、越多，收到的賞賜也就越多，得到的官位也就層層遞進，以此類推。此外，一個地區的繁榮程度也是對官員政績的考核。
汗國之中，定居民族與遊牧民族並存，二者在汗國的社會結構之中都佔據着半壁江山，喀喇汗王朝統治者根據農業民族與遊牧民族的不同特點，分設機構進行管理，農業民族聚居區域設立省份、州縣，遊牧民族仍以部族為基本行政單位。
汗國北部的巴爾喀什湖地區，七河流域，伊犁河流域是一片特殊區域，這片地方由葛邏祿人組成的政治實體統治，葛邏祿各部擁有約15座城邑，由喀喇汗大汗任命諸個葉護、小可汗、酋長控制，享有較高的半自治權力，定期向汗國中央繳納賦税，提供勞役與兵力。
