前殿是未央宫最重要的主体建筑，居全宫的正中，其它重要建筑围绕它的四周。前殿北侧为椒房殿，是皇后居住的地方；更北处建有中国最早的国家图书馆——天禄阁，中国最早的国家档案馆——石渠阁。

未央宫

前殿西侧建有中央官署、少府等皇室官署；前殿西南侧为皇宫池苑区，建有沧池、渐台等。这种主要宫殿居中、居高，辅助宫殿居后及两侧的建筑配置，成为后世皇宫布局的典范。

未央宫椒房殿

宫内的主要宫殿有有前殿、宣室殿（宣室阁）、清凉殿（延清室）、宣明殿、广明殿、昆德殿、玉堂殿、麒麟殿、金华殿、承明殿、掖庭殿、云光殿、九华殿、鸣鸾殿、昭阳殿（昭阳舍）、飞翔殿、增成殿（增成舍）、合欢殿、兰林殿、披香殿、凤凰殿、鸳鸯殿、鹓鸾殿 、安处殿、常宁殿、椒风殿、发越殿 、蕙草殿 、茝若殿 、钩弋殿 、高门殿、敬法殿、白虎殿、猗兰殿 、曲台殿、晏昵殿 、长年殿、含章殿、寿成殿、万岁殿、永延殿、寿安殿、东明殿、金马殿、大秘殿、神明殿、僡殿、延年殿、回车殿、四车殿、养德宫、武台殿、飞羽殿（飞雨殿）等。

未央宫中还建造有大量的亭台楼阁，并开创了在皇宫内修建人工湖、筑造假山。这被后世帝王宫城所仿效、沿用。

建章宫建于汉武帝太初元年（公元前104年），规模宏大，有“千门万户”之称。汉武帝曾一度在此朝会、理政，其宫殿建筑毁于新莽末年战火中。