茂陵在漢武帝死後是否就安靜下來了呢？答案是否定的。漢武帝為了不讓自己死後寂寞，還交代後來的皇帝特意製定了一套製度來加強茂陵陵園的管理，設有“陵令”、“寢廟令”、“飼官”、“園長”、“門吏”等官僚機構；再由於武帝生前好色，故而在他死了以後，又將大批的宮女安置在陵園內，使得侍奉陵園的人數竟然多達五千。這些人居住在陵園中，侍奉漢武帝“靈魂”起居：早晨安排梳理洗漱的器具，白天則仍像漢武帝在世時一樣準備三餐膳食，晚上還準備好睡覺的臥具。
陵園封土堆下的主要建築是地宮，這也是每個瞻仰茂陵的人最感興趣的地方，因為他們都帶著同樣的問題來，那就是地宮是什麼樣子，是不是與所有帝王的地宮一樣，如果不一樣，那它的特色在哪裏，地宮中都有哪些寶貝以及這些寶貝還在不在……要想知道這些問題的答案，必須要了解茂陵的地宮是誰修的，又是怎麼修的？
漢武帝即位不久便任命張湯為茂陵尉，專門負責監修。張湯恪盡職守，嚴格按照漢武帝的要求進行地宮建設。他命令修陵墓的民工挖出40多米深的大坑，墓室高度也有6米多，四周每邊長達8米。這時疑問又出來了：需要多少人才能挖這麼深一個大坑，從坑中挖出來的泥土又是如何處理的呢？全部回填是不可能的，因為墓室是中空的，這部分泥土是多餘的，且量還比較大，再加上我們在茂陵周圍沒有看到其他土丘，那每個人都會問：剩餘的泥土都運到哪裏去了呢？回答第一個問題的關鍵是漢代挖泥土的工具都有哪些。從目前的資料了解，我們知道漢代是通過兩種方式來挖泥土：一種采用“鏈鬥”形狀的設備來運土，就是在墓穴的頂部安裝一個人工腳踏裝置，利用諸如現在自行車鏈條驅動的原理（唯一不同的是在鏈條結上安裝一個裝泥土的木質鬥）將土從深達數十米的地方運出來；另外一種方法是從墓穴的旁邊開一個豁口，然後從這個豁口往外運泥土，這種方法僅適用於墓穴工程的早期，即在二三十米深的地方可以用此方法，當超過此深度的時候，隻能采用第一種方法了。至於這些泥土的處理問題，古人也想了一個聰明的方法，就是水衝法。具體辦法是：從比陵墓地勢高的某條河流挖一條渠道。將這條河流的水引過來，然後將多餘的泥土倒入這條渠道。由於水的慣性，就可以將這些泥土運往很遠的地方，而且還不會堆積到一個地方，這就有效地解決了這個問題。後來考古工作者在茂陵沿途十幾公裏的地方都能找到與茂陵地下幾十米深處土壤性質相同的土壤，且都有衝積的痕跡，可見所說的這種方法是真實的。
相對於龐大的地麵建築，茂陵的核心建築地宮規模之宏大更是令人瞠目。據《漢舊儀》載：地宮占地一頃，深十三丈，墓室高一丈七，每邊長二丈，墓室四麵各設有能通過六匹馬駕之車的墓道。各墓道門還埋設暗劍、伏駑等機關以防盜。這些機關的設置極其隱蔽，文獻記載說：茂陵建成後不久，有個守陵的士兵想偷盜陵墓內的珍品，結果他連第一道墓門都沒有過去，就被亂箭射死在墓門邊上，可見整個陵墓機關設置的嚴密。
墓室內放置有梓棺。因為漢時，帝王的棺木一般用梓木製作，是放皇帝屍體的地方，所以又稱“梓宮”。漢武帝跟漢朝其他皇帝一樣，也采用梓棺。漢武帝的梓宮，是五棺二槨。五層棺木，置於墓室後部槨室正中的棺床上。墓室的後半部是一個槨室，它有兩層，內層以扁平立木疊成“門”形。南麵是缺口，外層是黃腸題湊。五棺所用木料，是楸、梓和楠木，三種木料，質地堅細，均耐潮濕，防腐性強。梓宮的四周，設有四道羨門，並設有便房和黃腸題湊的建築，便房的作用和目的是“藏中便坐也”。《漢書·霍光傳》曰：“便坐，謂非正寢，在於旁側可以延賓者也。”簡單地說，便房是模仿活人居住和宴饗之所，將其生前認為最珍貴的物品與死者一起殉葬於墓中，以便在幽冥中享用。
史載，梓棺內武帝口含蟬玉，身著金縷玉匣，匣上都雕刻著蛟龍鸞鳳龜麟的圖案，當時的人稱之為“蛟龍玉匣”。相傳，漢武帝將入地宮的時候，梓棺自動發出巨響，放出異常的芳香；羨門關閉後，墓道大霧彌漫，門柱也崩壞了，過了幾個月墓道內的煙霧才消散。又傳說，武帝入葬不久便現原形，對茂陵令薛平說：“我雖然死了，但仍然是你們的君主，你為什麼讓你的兵士在我的陵上磨刀劍呢？”薛平驚魂未定，漢武帝已經沒有蹤影了。薛平連忙詢問左右，才知道陵墓前方有一塊大方石，士兵也確實在此磨過刀劍。可憐磨劍者竟然因此無辜被殺，可見古代皇權的尊嚴是神聖不可侵犯的。