闪族部落迦勒底，在前720年迁入美索不达米亚，他们曾与埃兰人、喀西特人组成联军对抗过亚述，在前702年的巴比伦保卫战中，喀西特人和迦勒底人的联军被亚述人击败，但迦勒底人就在美索不达米亚定居下来。前626年，迦勒底人首领那波勃来萨在巴比伦自立为王，建立了迦勒底王国，即新巴比伦王国。
亚述人烧毁了巴比伦城后，迦勒底人重建了巴比伦城，新巴比伦城最初只是一个普通的定居点。前650年，亚述帝国分为两部分，舒姆金统治着美索不达米亚，他的兄长巴尼拔统治着叙利亚和尼罗河三角洲。亚述的两位国王不断争斗着，巴尼拔对舒姆金展开连续进攻，最凶狠的一次进攻将舒姆金包围在新建的巴比伦城中，城中出现了“易子而食”的情况。巴尼拔最终赢得了胜利，但亚述也元气大伤。巴尼拔在前627年死去，那波勃来萨乘机建立了新巴比伦王国。
迦勒底人的盟友是米堤亚人，这是一个印欧语系的民族，居住在伊朗高原，约前700年建国。米堤亚建国后，他们主动向亚述发动攻击，前675年双方战平；前615年，米堤亚人包围了亚述首都尼尼微，但最终撤退；前612年，新巴比伦人与米堤亚人组成联军，联军向亚述发动了最后的进攻，在迦勒底人的帮助下，米堤亚人最终彻底攻陷了尼尼微，灭亡了亚述。
灭亡亚述的胜利成果最终被新巴比伦人获取，这需要感谢那波勃来萨的远见，是他在美索不达米亚建起了自己的王国。米堤亚人获得了叙利亚北部，包括亚述大本营亚述尔城；新巴比伦人分得了美索不达米亚、叙利亚的中南部；巴勒斯坦和黎巴嫩，从犹太人到腓尼基人，他们都向新巴比伦王国称臣。事实是，当犹太人和腓尼基人听到亚述被毁灭时，立即展开庆祝活动。
那波勃来萨死后，他的儿子尼布甲尼撒二世继承了王位。尼布甲尼撒二世率领部队占领了西奈半岛，并一度攻入了下埃及的尼罗河三角洲，前586年，尼布甲尼撒二世攻入耶路撒冷，毁灭了犹太人最后的犹太王国。
尼布甲尼撒二世决定重建巴比伦城，恢复这座圣城的荣光。考古学家们今天发现的巴比伦城遗迹，属于新巴比伦王国时期建造。新建的庞大的居民区和壮观的神庙、运河河网则被重新建设或疏通。考古学家们发掘出了新巴比伦城的伊斯塔尔城门，从这个城门中，可以看到巴比伦城最后的荣光：城墙铺以蓝色的琉璃砖，砖面以及墙的底边上镶嵌着狮子、公牛和鳗鱼式的蛟龙，狮子象征着伊斯塔尔女神，公牛象征着阿达德神，蛟龙象征着马尔都克神与他的儿子纳布神。伊斯塔尔门直通尼布甲尼撒二世的宫殿以及神庙。
尼布甲尼撒二世最伟大的壮举还包括兴建巴别塔，即通天塔。第一个对通天塔进行描述的是古希腊历史学家希罗多德。他于前460年到达巴比伦，见到了通天塔，描述道：“圣域（指巴比伦城）的中央，有一个造得非常坚固，长宽各有一斯塔迪昂的塔，塔上有第二个塔，第二个塔上有第三个塔，这样一直到第八个塔。人们必须从外面循着像螺旋线那样地绕过各塔扶梯走到塔顶的地方……”即通天塔长宽约90米，高约90米，共8层，外面有螺旋形通道，绕塔而上，直达塔顶，通道中设有座位，可供歇息。希罗多德还记载道，通天塔顶“建有一座大神庙，里面有张精致的大睡椅，铺张华丽，旁边有一张金桌子”。
1899年，德国考古学家罗伯特·科尔德韦在巴比伦遗址进行挖掘时，挖到了一座塔的巨大塔基，塔建造在一个名为“盘子”的凹地中央，据科尔德韦测量，塔基边长为87.78米，塔高也是87.78米，共分为7层；塔边包有金箔，饰以淡蓝色的上釉砖，该塔建造时用了5800万砖，制砖的材料是挖护城河时挖掘出的泥土。
关于科尔德韦挖掘出的这座塔，有两种说法，一种说法是这座塔可能是尼布甲尼撒二世建造的马尔都克神庙的大寺塔，另一种说法就是通天塔。在塔基遗址上，很多砖片上都刻有铭文：“尼布甲尼撒，巴比伦的国王，众神的守护者，那波勃来萨的儿子，巴比伦之君。”可以确定，这座塔是尼布甲尼撒二世建造的。
除了通天塔，传说尼布甲尼撒二世还为他的一位米堤亚公主妻子建造了一座空中花园，这位米堤亚公主对于家乡--多山的伊朗高原--念念不忘，国王因此为她建造这座富有米堤亚山区景致的花园。这个浪漫主义传说被认为是一个有着明显漏洞的故事，但巴比伦城的确在迦勒底人手中绽放出最后的光芒。
尼布甲尼撒二世死后，国内矛盾激化，贵族、祭司和商人之间的矛盾不可调和，神权和王权因为对税收的分割产生了冲突；在伊朗高原，米堤亚国王阿斯提阿格斯在前585年将自己的女儿嫁给阿契美尼德部落首领冈比西亚，他想用和亲方式向冈比西亚示好，结局却是悲剧的。冈比西亚的继承人居鲁士在前550年合并米堤亚王国建波斯帝国，前546年灭吕底亚，接着在前538年攻入了巴比伦城，灭掉了新巴比伦王国。
一个新的帝国--波斯帝国在西亚产生了，这个印欧语系民族建立的帝国，将在一段较长的历史中成为主角。