Iz pepela što su ga ostavili nemiri i ratovi s Asirijom, u Babiloniji se izdiže nova dinastija čiji je rodozačetnik Nabopolasar (625.-605. pr.n.e.), Kaldejac koji je okrunjen kraljem Babilonije nakon podbjede nad Asirijom kod Nipura i Babilona, 626. pr.n.e. Prvi njegov potez kao kralja bio je taj da je Elamcima vratio kipove bogova što su im ih Asirci oduzeli i pohranili u Babilonu, čime su potvrđene jake veze između dvije države.

Posljednji od novobabilonskih vladara bio je Nabonid, koji, čini se, nije bio izravni nasljednik, pa ga neki tekstovi nazivaju i uzurpatorom. Iako su se nad njegovo carstvo nadvijale opasnosti, on je uspio provesti religijsku obnovu, velike gradnje, pa čak i deset godina živjeti u pustinji. Njegova je majka bila iz Harana gdje se štovalo božanstvo mjeseca i taj kult Nabonid uvodi i u Babilon. Stoga je promicao štovanje babilonskog boga mjeseca koji se zvao Sin, a središte kulta stavio je u Ur. Time je navukao neprijateljstvo Mardukovih svećenika u Babilonu. Za vrijeme njegovog dragovoljnog desetogodišnjeg boravaka u arabijskoj pustinji, poslove je u Babilonu obavljao njegov sin Belšazar. Nisu poznati motivi toga Nabonidova poteza. Za svojih je velikih građevinskih pothvata osobito tragao za drevnim kipovima i natpisima ugrađenim u starije građevine. Na kraju ga je dočekao nezavidan svršetak.

539. pr.n.e. Babiloniju napadaju Perzijanci predvođeni kraljem Kirom. Bitka se odigrala kod Opisa, nedaleko od današnjeg Bagdada. Nabonid je potučen, a Perzijanci ulaze u Babilon. Otada više u Babiloniji neće biti domaćih vladara.