公元前87年2月，漢武帝壽終於長安五柞宮，入殮未央宮前殿。死後第18天葬於茂陵。他在位54年，享年69歲。
這樣一位雄才大略，開疆拓土的帝王，在營造自己的地下帝國時想必也一定是絞盡腦汁，無所不用其極。那麼，漢武帝又是如何替自己選擇陵墓墓址的呢？這其中有個故事。即位不久的漢武帝一次打獵路過其陵墓所在地，遠遠地看見一隻麒麟狀的動物。他駕馬過去，本想射殺之，誰想它忽然不見了。與此同時，武帝看到一棵長生果樹，為此武帝相信這是一塊福地，是上天有意讓他選擇這塊地方作為他百年後升天的去處。回宮後，武帝立即下詔書將此地圈禁起來開始營造陵墓。不管這個故事是真是假，武帝倒也真是長壽，以至於連最初營造陵墓的工匠們都死了，他還好好地活著。
那麼漢武帝為自己營建陵墓花了多長的時間呢？這要從他即位後的第二年（公元前139年）開始算，工程最後完成在他死的那年（公元前87年），前後持續了53年。
史書記載，茂陵開始籌建時，因工程巨大，施工人員和監管官吏眾多，工地周圍很快成為繁華鬧市。公元前138年，茂陵工程進行到第二個年頭的時候，漢武帝更是做出了一個驚人的決定——成立茂陵邑。他讓一些漢初的功臣貴族以及富豪搬遷到茂陵邑，茂陵邑與茂陵相隔數裏，當時搬遷定居的文武高官、富豪、儒士有6萬多戶。董仲舒、司馬相如、司馬遷等都先後攜家遷到茂陵邑定居。
這座宏偉的帝王陵墓前後曆時53年才修建完工，耗費的人力物力更是超乎想象。《晉書·索紼傳》雲：“漢天子即位一年而為陵，天下貢賦三分之一，一供山廟，一供賓客，一充山陵。”也就是說，漢武帝動用全國賦稅總額的三分之一，作為建陵和征集隨葬物品的費用。建陵時還曾從各地征調建築工匠、藝術大師3000餘人，工程規模之浩大，令人瞠目結舌。
耗費如此人力物力的茂陵，到底規模如何呢？
目前我們所能見到的這座巨大封丘高46.5米，頂端東西長39.25米，南北寬40.6米。據《關中記》載：“漢諸陵皆高十二丈，方一百二十丈，唯茂陵高十四丈，方一百四十丈。”上述與今測量數字基本相符。總占地麵積計為56878.25平方米，封土體積848592.92立方米。陵園四周呈方形，平頂，上小下大，形如覆鬥，顯得莊嚴穩重。
茂陵的規模遠遠超過了西漢其他帝陵。西漢帝陵一般高在30米左右，隻有漢武帝的茂陵超出了當時的禮製規定。劉邦在世時定了漢陵製，“高十二丈，方百二十步”，但劉徹可能考慮到自己的“豐功偉績”比劉邦還大，所以營建了“唯茂陵十四丈，方百四十步”的陵墓。
當年的茂陵除了金字塔狀的大型封土之外，在它的周圍還有華美壯麗的陵闕、殿閣、房舍等。茂陵分茂陵園和茂陵園區，也叫內城和外城，內城裏宮殿和堂倌一應俱全，而茂陵園區內包括陪葬墓，方圓可達數十平方公裏。
在茂陵東南350米處還有一座名叫白鶴館的建築。白鶴館是寢殿的附屬建築，以供墓主遊樂，現在當地人都叫它白鶴塚，是一個不規整的長方形土台，東西約為53米，南北40米，高5米，附近遍布漢代磚瓦殘塊以及紅燒土。陵園東麵是武帝的原廟，稱“龍淵宮”，寢殿與原廟間有一條規整的通道。這個通道有什麼樣的作用呢？要想知道這條通道的作用，讓我們來看看漢代的祭祀活動吧。當時人們祭祀的時候，把先帝的衣冠由寢殿迎出，經此道送進廟中，接受百官謁拜，祭奠後又經此道將衣冠送回寢殿安放，而對於漢武帝的祭祀也不過如此了，可見信道的功能非同一般。
茂陵在建築方麵有許多奇特之處，例如在距離白鶴館約半公裏處是一條南北走向的溝渠，長500米，寬10米，深5米。這是幹什麼用的呢？原來古代長安地區有多雨的季節，如果不有效地將積水排走，那麼陵墓很有可能坍塌。為了解決這個問題，當時的工程設計者就設計了這樣一個水渠。一方麵，多雨季節水可蓄於渠中，避免水害的侵襲，另一方麵，幹旱季節渠水又可用以澆灌園中林木，滿足宮人用水的需要，一舉兩得，足見當時設計者的才能和智慧。此外，茂陵周圍還建有供墓主遊樂的“馳逐走馬館”和“西園”，不過現在地麵上已經沒有留下任何遺跡。
而今茂陵封土周圍僅存留下夯土城的遺跡。考古查明陵園平麵幾乎為方形，東西長430米，南北寬414米。陵園四麵中央各辟有一門，各門距陵墓封土均為百米左右。門外置雙闕，每對間距為12米至16米。陵園附近修建了寢園，構成富麗堂皇的廟堂宮殿。
1975年，陝西考古人員在陵墓四周發掘出大量西漢時期的建築材料，其中有虎紋和玄武紋條磚，丹鳳紋和龍骨紋空心畫像磚，大型青玉獸紋鋪首和琉璃壁等，還出土了一塊刻有12個字的完整瓦當。經考古學家分析判斷，發現建築材料之處就是當年的寢殿和便殿的所在地。