漢武帝是中國歷代皇帝中第一個使用年號的皇帝。他登基後繼續他父親的政策，削弱諸侯的勢力，頒佈大臣主父偃提出的推恩令，讓諸侯封他們的兒子為侯，使諸侯的封地被分裂。同時他引入了刺史的官級，用來對地方加強控制。在軍隊和經濟上他也加強中央集權，將冶鐵，煮鹽，釀酒等事物編成由中央管理，同時他禁止諸侯國鑄錢，使得財政集中於他的手中。他採用董仲舒的建議，「廢黜百家，獨尊儒術」，為儒學在中國古代的特殊地位鋪平了道路。但是一般認為他利用儒學統一思想，同時採用法術、刑名以加強統治，即是所謂的「表儒法裡」。當時積極啟用的汲黯和對司馬遷用宮刑即是其中著名的例子。
漢武帝即位初，一方面政治形勢比較穩定，國家經濟狀況也比較好，另一方面諸侯王國的分裂因素依然存在。所以，他在繼續推行景帝時各項政策的同時，採取了一系列強化專制主義中央集權的措施。在政治方面，首先頒行「推恩令」，使諸侯王多分封子弟為侯，使王國封地被分割，以進一步削弱諸侯王國勢力；其次建立中朝削弱相權，鞏固了皇權的神聖地位；再設置十三部刺史，加強了對地方的控制。在軍事方面，主要是集中兵權，充實了中央的軍事力量；在經濟方面，整頓財政，頒佈「算緡」、「告緡」令，徵收商人資產稅，打擊富商大賈；又採取桑弘羊建議，將冶鐵、煮鹽收歸官營，禁止郡國鑄錢；設置平準官、均輸官，由官府經營運輸和貿易，大大增強了國家經濟實力。同時興修水利，移民西北屯田，實行「代田法」，有利於農業生產的發展。在思想方面，採納董仲舒的建議．罷黜百家，獨尊儒術，使儒學成為了中國社會的統治思想，對後世中國政治、社會、文化產生了深遠的影響。
對外他採取軟硬兼施的手段，對匈奴他一方面派衛青、霍去病征伐，解除匈奴威脅，保障了北方經濟文化的發展。他消滅了夜郎、南越政權，在西南先後建立了七個郡，並使今天的兩廣地區自秦朝後重歸中國版圖。同時他派張騫出使西域，打通了絲綢之路，加強了對西域的統治，並發展了中西經濟文化的交流。在東方，他派兵滅衛氏朝鮮(朝鮮北部)，置為樂浪、玄菟、臨屯、真番四郡。
漢武帝非常注重人才的開發，他確立了察舉制度，是中國有系統選拔人才制度之濫觴，對後世影響很大。
漢武帝晚期由於連年對匈奴和西域用兵，並由於舉行封禪，祀神求仙，揮霍無度，加以徭役加重，捐稅增高，致使農民大量破產流亡。天漢二年（前99年），齊、楚、燕、趙和南陽等地均爆發了農民起義。漢武帝曾在輪台頒下《輪台罪己詔》「朕即位以來，所為狂悖，使天下愁苦，不可追悔。自今事有傷害百姓，糜費天下者，悉罷之！」以表示承認自己的錯誤。
公元前88年，漢武帝叫畫公畫了一張「周公背成王朝諸侯圖」送給霍光，意思是讓霍光輔佐他的小兒子劉弗陵作皇帝。子幼母壯，為了防止太子的年輕母親鈎弋夫人重演呂后稱制的局面，漢武帝狠下心藉口處死了她。 公元前87年， 漢武帝駕崩，葬於茂陵，廟號是世宗。
