汉长安是在秦咸阳原有离宫——兴乐宫的基础上建立起来的。其后汉高祖又建造了未央宫，作为西汉长安的主要宫殿。惠帝以后，由兴乐宫改成的长乐宫供太后居住。长安的城墙则到汉惠帝五年才修建起来。汉武帝时，在长安大兴土木，建桂宫、明光宫、建章宫及园囿、明堂、坛庙等建筑，使长安的建设达到极盛时期。

由于长安城是利用原有基础逐步扩建的，而且北面靠近渭水，所以城市布局并不规则，未央宫偏于西南侧，正门向北，形成一条轴线。大臣的甲第区在北厥外；大街东西还分布着9个市场；未央宫东厥外是武库和长乐宫。北侧靠近渭水地势较底处，布置着北宫、桂宫、明光宫以及市场和居民的闾里。

长安城每面都有三座门，其中东面靠北的宣平门是通往东都洛阳的必经之路，所以这一带居民稠密。向北经横桥去渭北的横门，正对未央宫正门，又是去渭北各地的咽喉，所以街市特别热闹。

汉长安的另一特点是在东南与北面郊区设置了7座城市——陵邑，所谓“七星伴月”，这些陵邑都是从各地强制迁移富豪之家来此居住，用以削弱地方势力，加强中央集权。

长安城的街道有“八街”“九陌”的记载，现经考古探明，同向城门的8条主干道既是“八街”，这些街都分成了股道，用排水沟分开，中间为皇帝专用的御道——驰道，其它人即使是太子也不能使用。街两旁植树，街道排水沟通至城门，以涵洞排泄雨水。