秦建都咸阳，古代咸阳的地理位置在渭河两岸。地理位置涵盖今天的西安和咸阳部分区域。
秦末汉初，长安其地时为秦都咸阳的一个乡聚，是秦始皇的兄弟长安君的封地，因此被称为“长安”。汉初，高祖刘邦下诏，相国萧何主持营造都城长安，开启了汉帝国的宏大基业。
公元前202年刘邦击败项羽。汉高祖原本想建都洛阳，后因娄敬建议定都关中，但群臣大多是从东方而来，纷纷反对，认为洛阳更好。于是刘邦征询张良，张良说：“洛阳建都的东周虽然比秦晋两世好，但是城郭仅数百里，田地太薄。四面都是平地，容易遭受到攻击。反观关中有函谷关、陇蜀的沃野千里，南边有巴蜀的富庶，北边有胡人畜牧的便利，可以在三面防守，并向东方牵制诸侯，只要握住渭水通运京师。当东方有变，就可以顺流而下。正所谓金城千里，天府之国。娄敬说的没错。”于是刘邦决意定都长安，并拜娄敬为郎中。赐刘姓。
汉高帝五年（公元前202年）置长安县，高帝七年，定都于此。刘邦开始在渭河南岸、阿房宫北侧、秦兴乐宫的基础上重修宫殿，命名为长乐宫。高祖七年（前200年）建造了未央宫，同一年由栎阳城迁都至此，因地处长安乡，故命名为长安城。汉惠帝元年（前194年）至五年（前190年）建造城墙。汉武帝设京兆尹治理长安，对长安城进行了大规模扩建，兴建北宫、桂宫和明光宫，并在城西扩充了上林苑，开凿昆明池，建建章宫等。
在西汉的200余年历史里，长安一直是全国的政治、经济和文化中心。自武帝时张骞出使西域，开通商道，长安城成为连接欧亚的桥梁、“丝绸之路”的起点，繁盛一时。全盛时期如汉平帝元始二年（2年）时，城中有万户，万人，成为中国历史上第一座规模庞大、居民众多的城市。西汉末年王莽执政时期，长安城一度毁于战火。至东汉光武帝刘秀定都洛阳，长安改为西京。及至汉末，汉献帝曾迁都回长安。两汉时期，长安一直作为都城存在。
汉长安城位于今西安市区西北郊外，面积约36平方公里，大约是同时期罗马城的四倍。长安城有12座城门和8条主要街道，最长的街道长5500米。城内的宫殿、贵族宅第、官署和宗庙等建筑约占全城面积的三分之二。宫殿集中在城市的中部和南部，有长乐宫、未央宫、桂宫、北宫和明光宫等。其中未央宫是从汉惠帝开始的许多皇帝的居住和处理朝政的地方，是中国历史上最有名的宫殿之一。居民区分布在城北，划分为160个“闾里“。市场在城市的西北角上，称为“长安九市”。在城西有面积广大的上林苑，苑内主要有昆明池、建章宫等。在城南有一组王莽时期建造的礼制建筑。汉长安城一改战国时期大小城相套的格局，把居民区、工商业区和宫殿区集中在一座城市里，后世的都城都沿用了这一体系。
汉长安城城墙遗址基本完好，夯土层次分明，异常结实。根据实测，城的周长千米，合汉代近63里，总面积约36平方千米，其中东墙长6千米，南墙长千米，西墙长千米，北墙长千米。用今天的地名来说，城的西北角在六村堡，东北角在三官庙，西南角在雁雀门，东南角在阁老门，范围极为清晰。城的形状为不规则的正方形，南部为宫殿区，北部为居民、手工业和市场区。城内槐、榆成荫，松、柏茂盛，景色葱郁，十分壮观。
汉长安城墙所以不规则，完全是受渭河、潏河、地形高低和未央、长乐宫位置的影响，并非有意把城修成“北斗星”和“南斗星”的形状。北墙达6处曲折，与渭河的走向完全一致。西墙1处曲折，受潏河和未央宫的制约，南墙作直角形曲折，除受两宫位置影响外，主要是为了把高地圈进城内。汉长安城的形状完全受到地理条件的制约，因地制宜是修建汉长安城的基本原则。
长安城城墙每面各有三个城门，都城十二门。并对东墙的宣平门（东出北头第一门，亦称东都门）、霸城门（东出南头第一门，亦称青门），南墙的西安门（南出西头第一门，亦称平门）和西墙的直城门（西出南头第二门，亦称龙楼门），进行了发掘，证实每个城门都有三个门道，每个门道各宽8米。由各个城门通向城内的街道，都以三条平行的街道组成。街道的宽度一般为45米左右，中间的一条宽约20米，两侧各宽约12米，以两条平行的排水沟为分界线。像这样宽畅的街道实际上只有八条，均为南北、东西向，十分端直，显然同地形平坦有密切关系。由于霸城门、覆盎门、西安门、章城门距离宫廷太近，通向城内的街道不被列入大街之数。中间一条宽约20米的大道被称为“御道”或“驰道”，是专供皇帝使用的，连皇太子也不敢横绝。汉成帝为太子时，元帝曾急召入宫，住在桂宫（未央宫北）的成帝，出龙楼门后，由于不敢横绝“驰道”，一直向西到直城门，才横过“驰道”，“还入作室门”进未央宫。由此证明西汉一代对“驰道”的管理是十分严格的，连贵为皇太子也不敢行“驰道”。这些纵横交错的街道形成许多“丁字路口”和“十字路口”。最长的是安门大街千米，宣平门大街千米。最短的是洛城门大街850米。其余大街多长3千米左右。这些大街除以门相称外，安门大街为章台街，直城门大街为稿街，清明门大街为香室街，横门大街为华阳街。由于各条大街纵横交错，把全城分为大小不等的区域，也就是一般史书上所说的闾里。
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