公元前221年，秦王政（前246～前210年在位）統一六國，結束了長期的諸侯割據局面，建立了一個以咸陽為首都的幅員遼闊的國家。這個國家的疆域，東至海，西至隴西，南至嶺南，北至河套、陰山、遼東。秦王政兼采傳說中三皇五帝的尊號，宣布自己為這個國家的第一個皇帝，即始皇帝，後世子孫代代相承，遞稱二世、三世皇帝。他認為帝王死後以其行為為謚的制度，是「子議父，臣議君」，有損於帝王的尊嚴，所以宣布取消。他規定皇帝自稱曰「朕」，並制定了一套尊君抑臣的朝儀和文書制度。這些都是為了顯示皇帝的無上權威，表示秦的統治將萬世一系，長治久安。
周代以來封國建藩的制度，與專制皇權和統一國家是不相容的，所以必須加以改變。始皇二十六年（前221），丞相王綰請封諸皇子為燕、齊、楚王，得到群臣的贊同。廷尉李斯力排眾議，主張廢除分封諸侯的制度，全面推行郡縣制度。秦始皇接受了李斯的建議，把全國分成三十六郡，以後又陸續增設至四十餘郡。這些郡完全由中央和皇帝控制，是中央政府轄下的地方行政單位。中央集權的制度從此確立。始皇二十八年的嶧山刻石辭說：「追念亂世，分土建邦，以開爭理」；「乃今皇帝，壹家天下，兵不復起」。這說明秦始皇認為廢分封行郡縣是消除各地兵爭所必須的。
秦始皇以戰國時期秦國官製為基礎，把官制加以調整和擴充，建成一套適應統一國家需要的新的政府機構。在這個機構中，中央設丞相、太尉、御史大夫。丞相有左右二員，掌政事。太尉掌軍事，不常置。御史大夫是丞相的副貳，掌圖籍秘書，監察百官。丞相、太尉、御史大夫以下，是分掌具體政務的諸卿，其中有掌宮殿掖門戶的郎中令，掌宮門衛屯兵的衛尉，掌京畿警衛的中尉，掌刑辟的廷尉，掌谷貨的治粟內史，掌山海池澤之稅和官府手工業製造以供應皇室的少府，掌治宮室的將作少府，掌國內民族事務和外事的典客，掌宗廟禮儀的奉常，掌皇室屬籍的宗正，掌輿馬的太僕等。丞相、太尉、御史大夫與諸卿議論政務，皇帝作裁決。
地方行政機構分郡、縣兩級。郡設守、尉、監（監御史）。郡守掌治其郡，郡尉輔佐郡守，並典兵事。郡監司監察。縣，萬戶以上者設令，萬戶以下者設長。縣令、長領有丞、尉及其他屬員。郡、縣主要官吏由中央任免。縣以下有鄉，鄉設三老掌教化，嗇夫掌訴訟和賦稅，游徼掌治安。鄉下有里，是最基層的行政單位。里有里典，後代稱里正、里魁，以「豪帥」即強有力者為之。此外還有司治安、禁盜賊的專門機構，叫作亭，亭有長。兩亭之間，相距大約十里。
早在秦獻公十年（前375），秦國就建立了以「告奸」為目的的「戶籍相伍」制度。後來商鞅規定，不論男女，出生後都要列名戶籍，死後除名；還「令民為什伍」，有罪連坐。秦律載明遷徙者當謁吏轉移戶籍，叫作「更籍」。秦王政統治時期，戶籍制度趨於完備。秦王政十六年（前231）令男子申報年齡，叫作「書年」。據云夢秦簡推定，秦制男年十五（另一推算是十七）載明戶籍，以給公家徭役，叫作「傅籍」。書年、傅籍，是國家徵發力役的依據。始皇三十一年「使黔首自實田」，即令百姓自己申報土地。土地載於戶籍，使國家徵發租稅有了主要依據。戶籍中有年紀、土地等項內容，戶籍制度也就遠遠超過「告奸」的需要，成為國家統治人民的一項根本制度。秦置二十級爵，以賞軍功。國家按人們的爵級賜給田宅，高爵者還可以得到食邑和其他特權。爵級載在戶籍，所以戶籍也是人們身份的憑證。
統治一個大國，需要全國一致而又比較完備的法律制度。出土的雲夢秦簡提供了自秦孝公至秦始皇時期陸續修成的秦律的部分內容，其中有刑律的律文和解釋，有名目繁多的其他律文，還有案例和關於治獄的法律文書。秦始皇統一六國以後，以秦律為基礎，參照六國律，制定了全境通行的法律。秦律經過漢朝的損益，成為唐以前歷代法律的藍本。
維持一個大國的統一，還需要強大的軍隊。秦軍以滅六國的餘威，駐守全國，南北邊塞是屯兵的重點地區。秦制以銅虎符發兵，虎符剖半，右半由皇帝掌握，左半在領兵者之手，左右合符，才能調動軍隊。這是保證兵權在皇帝手中的重要制度。秦軍是一支前所未有的巨大的震懾力量。已發掘的秦始皇陵側的兵馬俑坑，其中兩坑約有武士俑七千件，戰車百乘，戰騎百匹。武士俑同真人一樣高大，所持武器都是實物而非明器。這種車、步、騎兵混合編組的大型軍陣，其規模之大，軍容之盛，是秦軍強大的表徵。
秦始皇不但建立了一套專制主義中央集權的統治機構和制度，而且還採用了戰國時期陰陽家的終始五德說，以辯護秦朝的法統。終始五德說認為，各個相襲的朝代以土、木、金、火、水等五德的順序進行統治，周而復始。秦得水德，水德尚黑，所以秦的禮服旌旗等都用黑色；與水德相應的數是六，所以符傳長度、法冠高度各為六寸，車軌寬六尺；水德主刑殺，所以政治統治力求嚴酷，不講究「仁恩和義」；與水德相應，曆法以亥月即十月為歲首，等等。秦始皇還確定了一套與皇帝地位相適應的複雜的祭典以及封禪大典，擇時進行活動。秦始皇在咸陽附近仿照關東諸國宮殿式樣營建了許多宮殿，並於渭水之南修造富麗宏偉的阿房宮。咸陽宮殿布局取法於天上的紫微宮，儼然是人間上帝的居處，天下一統的象徵。秦始皇還在驪山預建陵寢，墓室中以水銀為百川、江河、大海，機相灌輸，上具天文，下具地理。他採取這些措施，和他採用皇帝的名號一樣，是要表示他在人間的權力與上帝在天上的權力相當，從而向臣民灌輸皇權神秘的觀念。皇權神秘觀念，是專制主義中央集權制度的思想基礎。
皇權的加強和神化，郡縣制的全面推行，體現專制皇權的官僚機構和各種制度的建立，法律的完備和統一，皇帝對軍隊控制的加強，等等，這些就是專制主義中央集權制度的主要內容。專制主義中央集權制度，在當時的條件下是維持封建統一所不可少的條件。但是這種政治制度對百姓的束縛極大，而且它對經濟文化發展的促進作用也可以轉變為阻滯作用，這在封建社會後期更為顯著。