早在秦代就有上林苑，但范围不大，大体在秦都咸阳渭河以南的今长安户县地区，这里川原秀丽，河流纵横，风景优美，是皇家游玩打猎的理想地区。秦惠文王在上林苑修建阿城，秦昭王辟为王室苑囿。秦始皇在上林苑中修建规模极大的阿房宫。《三辅故事》说，秦始皇在上林苑修了146所离宫别馆。据《史记》载，秦二世在赵高“指鹿为马”以后，到上林苑斋戒，每天游猎，一见有人就射死。秦朝末年，上林苑毁于战火。汉朝初年的公元前195年开放秦苑林，让农民开垦土地耕种庄稼，这一带是优良的农田。公元前138年，汉武帝经常微服出行，到终南山下狩猎，践踏了百姓的大片庄稼，农民号呼谩骂，到杜县和户县告状，两县令拘留了汉武帝的随行人员。有一次汉武帝夜间到旅店投宿，受到冷遇。由于怀疑他们是盗贼，险些受到打击。汉武帝为了游玩打猎，就派官员扩建上林苑。强令迁徙农民，侵夺了农民的土地宅产，让他们在关中渭河以北地区去开垦荒地。这时，东方朔出来为民请命。他谏汉武帝说：终南山物产丰富，关中田地土壤肥沃，给各种工匠提供了原料，给老百姓提供了穿衣吃饭的生活依赖。如果把这些良田没收去建上林苑，就减少国家收入，破坏农业生产。但是，汉武帝未采纳此言，仍广开上林苑。

根据司马相如的《上林赋》、杨雄的《羽猎赋》、班固的《西都赋》和张衡的《西京赋》，上林苑东起鼎湖宫（在今蓝田县焦岱镇）、昆吾（在今蓝田东北），南到御宿川（在今河川一带）及终南山北麓，西南到长杨宫、五柞宫（在今周至县），向北跨过渭河，绕黄山宫（在今兴平市马嵬镇），沿渭河之滨向东。周围修筑土城墙，周长20多公里，开有12道苑门。其范围大体包括今天的蓝田、长安、户县、周至、兴平5个县（市）和西安、咸阳两个市区。其范围，东西直线长约100公里，南北直线长约30公里，总面积为2500至3000平方公里。这样大的面积在历代皇家园林中是绝无仅有的。

从上林苑的自然山川来看，南有巍峨壮观的终南山，如嘉午台、翠华山、南五台、青华山、楼观台等，山峰高耸，岩石奇异，古代有茂林修竹，景色十分壮观。还有高大的白鹿原、少陵原、神禾原、乐游原、龙首原等，原冈高，沟壑深，洼地低，变化万千。东边有灞河、浐河，西边有沣河、涝河，南边有河、氵高河从东南流向西北，北边泾河、渭河从西北流向东南，长安八水滚滚滔滔，像银蛇一样蜿蜒，环绕着长安和上林苑一带。还有像穿过白鹿原的荆峪沟（鲸鱼沟）等众多的河流支流。

在上林苑中还开凿了巨大的人工湖———昆明池。据记载，汉武帝派使者通西南夷，寻找通西域的捷径，被滇国所阻，而昆明国有滇池方圆150公里，汉武帝就开昆明池来练习水军。其地在今长安区斗门镇东侧。昆明池方圆20公里，占地332顷，有战船几十艘，有楼船百艘，夜间灯火辉煌。有的大船中有宫殿，可载万人。池中有3丈长的大鲸鱼，还有织女、牛郎的石像。还有天泉池，上有连楼阁道，中有紫宫。还有龙池、鱼池、牛首池、东陂池、西陂池、积草池等，池中有珊瑚，高12尺，460个枝条，是从南海献来的。