Присоединение Казахстана к России привело к тому, что с целью изучения географии, природных ресурсов, экономики, истории, этнографии сюда стали приезжать ученые, путешественники. Еще в XVIII веке, в 1769 году одну из первых экспедиций в край возглавлял П. С. Паллас. Результатом ее стал труд "Путешествие по разным провинциям Российской империи" (1773 год). В 1772 году Н. Рынков опубликовал "Дневные записки путешествия капитана Н. Рычкова в Киргиз-кайсацкие степи в 1771 году". Крупным этапом изучения Казахстана русскими стал выход в свет в 1832 году книг А. И. Левшина "Описание киргиз-казачьих, или киргиз-кайсацких орд и степей". Одно из центральных мест в числе представителей русской культуры, внесших неоценимый вклад в изучение края, занимает В. И. Даль, который в 1833-1841 годах, будучи чиновником по особым поручениям при Оренбургском губернаторе, изучал устное народное творчество, быт, обычаи казахов. В 1833 году во время сбора материала о пугачевском восстании в Оренбурге и Уральске побывал А. С. Пушкин.

В XIX веке среди исследователей Казахстана были ученые с мировой известностью, такие как П. П. Семенов-Тянь-Шанский (1827-19Н годы), глава Русского географического общества. Он исследовал Центральный Тянь-Шань, путешествовал по Алтаю, Семиречью, Средней Азии. Под его руководством было составлено и издано многотомное исследование "Россия. Полное географическое описание отечества". Два тома из них : "Киргизский край" и "Туркестанский край", посвящены Казахстану и Средней Азии. Здесь описаны географические условия, природные богатства, история, быт казахов. Также изучали географию, флору, фауну Казахстана, его природные ископаемые Н. А. Северцев, И. В. Мушкетов. Большой вклад в изучение края внес востоковед, тюрколог, этнограф, академик Петербургской академии В. В. Радлов (1837-1918 годы). Он изучал обычаи, обряды, фольклор народов Алтая, северных областей Казахстана, обследовал Семиречье. Его публикации "Образцы народной литературы тюркских племен" содержат казахские сказки, эпические произведения, лирику. Также известный ученый-востоковед, археолог, лингвист, академик В. В. Вельяминов-Зернов (1830-1904 годы) в книгах "Исследование о касимовских царях и царевичах", "Исторические сведения о киргиз-кайсаках" освятил многие узловые вопросы истории Казахстана. Историю края изучали А. И. Добромыслов, Н. Н. Аристов, М. Красовский и другие. Сбором данных по истории, этнографии, географии также занимались офицеры Генерального штаба, чиновники русской администрации, политические ссыльные.

В развитии культуры и общественной мысли в Казахстане во второй половине XIX века важную роль сыграли научные общества и культурно-просветительные учреждения. Отделы Русского географического общества были открыты в Оренбурге (1868 год), в Омске (1877 год), затем подотдел в Семипалатинске, а в 1897 году - отдел в Туркестане. Они издавали сборники, где публиковались материалы по истории, этнографии, географии. В них сотрудничала казахская интеллигенция, например, членом-корреспондентом Оренбургского отделения географического общества был И. Алтынсарин, который публиковал в его сборниках свои исследования. Во второй половине XIX века в Казахстане были созданы областные статистические комитеты, которые публиковали "обзоры" областей, содержащие материалы по статистике, истории, этнографии, культуре. Например, в работе Семипалатинского областного статистического комитета принимал участие Абай. Изучением Казахстана занимались и другие научные организации: Общество сельского хозяйства, любителей археологии и истории Востока, любителей естествознания, антропологии и востоковедения. В Казахстане стали открываться общественные библиотеки. Одна из первых публичных библиотек была открыта в 1883 году в Семипалатинске.

Присоединение Казахстана к России повлияло на развитие образования. Дети состоятельных родителей получали образование в медресе Бухары. Самарканда, Хивы, Ташкента. Дети простых кочевников, в основном мальчики, получали азы грамотности в мусулманских мектебах. Учебные заведения светского характера стали открываться в связи с потребностью подготовки чиновников колониального аппарата: переводчиков, писарей. Таковыми были, открытая в 1786 году Азиатская школа в Омске, в 1789 году Правительственная школа в Оренбурге, в них обучались русские и казахские дети. В 1825 году был открыт кадетский корпус в Оренбурге, а в 1846 году - в Омске, они готовили военных специалистов и административных чиновников. Первая казахская светская школа была открыта в 1841 году в Букеевском ханстве, а в 1850 году в Оренбурге при Пограничной комиссии. Слабо развивалось женское образование. Лишь благодаря стараниям И. Алтынсарина в 1887 году было открыто женское училище в Иргизе. В 1890-1896 годах открылись русско-казахские женские училища в Тургае, Кустанае. Карабутаке, Актюбинске. Первыми профессиональными учебными заведениями были Туркестанская учительская семинария, основанная в 1879 году и Оренбургская казахская учительская школа, открытая в 1883 году. Позже были открыты учительские семинарии в Актюбинске, Верном, Семипалатинске, Уральске. За весь дооктябрьский период они подготовили 300 учителей-казахов. Также в XIX веке были открыты сельскохозяйственная и фельдшерская школы, но не было ни одного высшего учебного заведения.

Во второй половине XIX века жили и творили выдающиеся представители казахской культуры Ч. Валиханов, И. Алтынсарин, А. Кунанбаев. Чокан Валиханов (1835-1865 годы) родился в крепости Кушмурун, до 12 лет обучался в частной школе, в 1847 году поступил и в 1853 году окончил Сибирский Кадетский корпус в Омске в звании корнет армейской кавалерии. В 1855 году в качестве адъютанта генерал-губернатора Западной Сибири Гасфорта он принял участие в поездке от Омска до Заилийского Алатау, где закладывалось укрепление Верное. Во время этой поездки он собрал и обобщил богатый материал по истории, религии, обычаям, фольклору казахов. В 1856 году он принял участие в экспедициях от Ала-Куля до Иссык-Куля, а также в Кульджу. По результатам этих путешествий он написал: "Дневник поездки на Иссык-куль", "Записки о киргизах". Он записал отрывки из знаменитого киргизского эпоса "Манас", а по результатам поездки в Кульджу - "Западная провинция Китайской империи и г. Кульджа". В феврале 1857 года он был избран действительным членом Русского географического общества.

В 1858-1859 годах Ч. Валиханов впервые после Марко Поло побывал в Кашгаре, где собрал уникальный исторический, этнографический материал, уникальные реликвии: рукописи, грамоты, предметы искусства. Результатом этой поездки стал капитальный труд "О состоянии Алтышара или шести восточных городов Китайской провинции Нан-Лу (Малой Бухарин)"; 1856-1861 годы - это время пребывания его в Петербурге. Он работал в Военно-учетном комитете Генерального штаба, Азиатском департаменте, Географическом обществе. Здесь он поддерживал связи с востоковедом В. В. Григорьевым, В. В. Вельяминовым-Зерновым, А. Н. Бекетовым, В. П. Васильевым, писателем Ф. М. Достоевским, дружба с которым продолжалась еще с Семипалатинска; он общался с поэтами А. М. Майковым, Я. П. Полонским.

Весной 1861 года он тяжело заболел и вынужден был вернуться. 10 апреля 1865 года в ауле Тезека в урочище Коген-Тоган он скончался. Ч. Валиханов оставил богатое научное наследие, в которое, помимо уже названных работ, вошли также: "Аблай", "Киргизское родословие", "Вооружение киргиз в древние времена и их военные доспехи", "Записки о судебной реформе", "О мусульманстве в степи", "Следы шаманства у киргизов", "О кочевьях киргиз" и другие. Он оставил многочисленные зарисовки, эскизы, наброски, рисунки. Его вклад в науку заключается в том, что он значительно уменьшил белые пятна в русской и мировой науке о практически малоизученных в то время таких регионах Центральной Азии, как Семиречье, Кыргызстан, Восточный Туркестан. Он собрал уникальный материал по истории, этнографии, фольклористике, литературе, политическому, социальному и экономическому развитию этих земель. Он одним из первых ввел в научный оборот такой пласт исторических источников, как казахский и кыргызский эпос, фольклор. Ему принадлежит приоритет в постановке и разрешении ряда узловых проблем истории тюркских народов, таких как этногенез, социальная структура, политическое положение, национально-освободительная борьба, роль ислама в их жизни.

В рассматриваемый период активно творил казахский просветитель, общественный деятель, педагог Ибрай Алтынсарин (1841-1889 годы). Рано потеряв отца, он воспитывался у своего деда, известного бия. войскового старшины Оренбургской пограничной комиссии Балхожи Жанбурчина. Затем учился в казахской школе при Пограничной комиссии. Ибрай Алтынсарин ученый в области педагогики, этнографии, фольклористики. Он явился создателем в Казахстане начальных и профессиональных учебных заведений. Благодаря его стараниям были открыты в крае женские, ремесленные, сельскохозяйственные училища. В 1879 году он был назначен инспектором школ Тургайской области. Им были написаны учебные пособия: "Киргизская хрестоматия", "Начальное руководство к обучению киргизов русскому языку", опубликованы отрывки из казахского эпоса "Кобланды-батыр", "Жанибек-батыр", материалы по истории "Кыпчак Сейткул", "Байулы" и другие. По этнографии в "Записках" Оренбургского отдела Русского географического общества он опубликовал статьи "Очерк обычаев при сватовстве и свадьбе у киргизов Оренбургского ведомства", "Очерк обычаев при похоронах и поминках у киргизов Оренбургского ведомства". Путь к прогрессу своего народа он видел в просвещении.

Во второй половине XIX века продолжало развиваться устное народное творчество. Темами его были исторические события, героические личности, родовые отношения, любовь. Всенародное признание получили такие акыны как Шоже, Шортанбай, Суюнбай, Жамбыл, Сара и другие.

Наряду с развитием устного народного творчества развивалась и письменная казахская литература. Выдающимся ее представителем был Абай Кунанбаев (1845-1904 годы). Абай родился в Чингизских горах Семипалатинской области в семье старшины рода Тобыкты. Первоначальное образование получил дома, а затем в медресе. Он был знатоком обычаев, традиций казахского народа. Абай соединил в себе устное народное творчество, восточную поэзию и русскую, европейскую классическую литературу. В 1886 году он написал стихотворение "Лето" и последующие годы жизни его прошли в поэтическом творчестве. Он перевел на казахский язык произведения М. Лермонтова, А. Пушкина. Абая называют "лицом казахского народа". Наиболее полно его философские взгляды отражены в прозаическом произведении "Гаклия", где в виде афоризмов, притч, философских миниатюр представлена квинтэссенция проблем и достижений казахского народа.

В рассматриваемый период в Казахстане издавались газеты "Акмолинские областные ведомости", "Киргизская газета", "Оренбургский листок" и другие. 28 апреля 1870 года вышел в свет первый номер газеты "Туркестан уалаяты" на казахском и узбекском языках.

Развивалось музыкальное искусство. Всеобщее признание получили народные композиторы: Курмангазы Сагырбаев, Даулеткерей Шигаев, Таттимбет Казангапов, Ыхлас Дукенов, Биржан-сал Кожагулов, Жаяу Муса Байжанов.

В изучаемое время появилось много произведений выдающихся художников о Казахстане, его природе, жителях. Это рисунки и картины Т. Г. Шевченко, в 1847-1857 годах отбывавшего здесь ссылку: "Казах на лошади", "Казахские дети - байгуши", "Казахское стойбище на Кос-Арале" и другие. Особое место занимают картины В. В. Верещагина, который в конце 60-х, начале 70-х годов посетил Туркестан и написал свою знаменитую Туркестанскую серию "В горах Алатау", "Мечеть Хазрета Ясави" и другие.

Развивалось декоративное оформление домашнего убранства, украшение жилищ, домашней утвари, одежды, других изделий из шкур, кожи, войлока, металла, дерева, камня, превращая их в произведения искусства.

Таким образом, социально-экономическое развитие Казахстана во второй половине XIX века во многом было обусловлено окончательным превращением края в колонию Российской империи.