1626年，后金的开国之君努尔哈赤在宁远之战中被明军炮火击伤，不久因伤势并发症去世。其第八子皇太极继承汗位，成为新的统治者。皇太极上台后继续推行扩张政策，先后发动三次讨伐林丹汗的战争，又两次进攻朝鲜，最终掌控漠南蒙古并迫使朝鲜称臣，从而在对大明的对峙中占据上风。1636年，他正式将国号由“后金”改为“清”，族称女真也更名为满洲。大清帝国自此登上历史舞台，皇太极取代大明的野心也日渐显露。

随着清明之间的战争升级，规模和激烈程度都超过努尔哈赤时期。为了应对新的形势，皇太极开始对制度进行调整。原本的满洲八旗和蒙古八旗兵力有限，难以满足持续扩张的需要，于是他打破努尔哈赤时期对汉人的限制，在辽东广泛招募汉族士兵，并吸收归降的明军，组建了汉军八旗。1642年，汉军八旗正式成军，初始兵力三万三千人。

最初，汉军八旗只是满洲与蒙古八旗的辅助力量，地位并不高。但在辽东战场上，清军屡屡吃亏于明军的火炮。皇太极于是将孔有德、尚可喜、耿仲明等明朝降将及其火器技术纳入汉军八旗，并建立起清军的重炮部队“乌镇超哈”。自此，清军形成了三种分工：满洲八旗主打阵地作战，蒙古八旗擅长机动作战，汉军八旗则专攻攻坚。这一配合使得清军攻城拔寨能力大大增强，为日后入主中原奠定了军事基础。

1644年清军入关后，随着深入内地，兵力不足的问题日益凸显。清廷不断扩充汉军八旗，人数一度突破十万，超过满洲和蒙古八旗。南明势力在西南山区长期抗清，而出身东北草原和蒙古草原的士兵不擅山地作战，汉军八旗便成为清军在西南的主力。清廷在入关后大量收编前明将领及旧部，其中相当一部分编入汉军八旗（另一部分则编入绿营兵），使汉军八旗的实力日益壮大。

随着汉军八旗的崛起，一批汉军世家相继出现，如李永芳、范文程、佟养性、石廷柱、尚可喜、耿仲明、沈志祥、蔡士英、王世选等，他们在满清统一中原过程中发挥了举足轻重的作用。

汉军八旗不仅是军事力量，更是清廷的统战工具。清廷不断吸收汉族精英加入，使他们跻身统治集团。如洪承畴、范文程这样的降清重臣，左良玉之子左梦庚，明初功臣徐达的后裔，抗清名将李定国的后代，郑成功的孙子郑克爽，甚至反清组织天地会首领陈近南之子陈梦球，都曾进入汉军八旗。原本的大明宿敌，最终被纳入清廷麾下，足见这一制度的高明。

汉军八旗中也涌现了不少名将。雍正年间平定青海罗布藏丹津叛乱的年羹尧便出自汉军八旗。在清代前中期，汉军八旗将士与其他八旗、绿营军并肩作战，为大清的扩张立下赫赫战功。然而自太平天国运动后，清军主力逐渐由八旗和绿营转为湘军、淮军，汉军八旗也随之淡出历史舞台。

到清末新政时期，摄政王载沣想要从满、汉、蒙古八旗中挑选壮丁，组建皇室直属禁卫军，但几乎已经找不到合格的汉军旗人，只能在直隶地区的普通汉人中招募来充数。至此，曾经叱咤风云的汉军八旗，已经彻底走向衰落，最终只剩下名义上的存在。