都城不僅是全國的政治經濟中心，也是全國的文化中心。這裡設有全國最高學府和各類專科學校，建有藏書豐富的國家圖書館和各種學術研究機構。文人秀士薈萃，各類藝術家和科學家也多彙集這裡，文學藝術繁榮，文化生活比其他城市豐富，古代重要的科技成果不少產生於此。
古代的教育事業分政府辦的官學和民間辦的私學兩種。官府設學，在秦以前已有，不過當時教育對象限於貴族子弟，人數也比較少。西漢武帝時，各級文化教育機構開始完善，在首都設立了全國最高學府太學，相當於今天的大學。唐代除設太學外，還在首都設國子學、廣文館、四門學、律學、書學、算學等各類專科學校，通常有學生二三千人，上設國子監進行管轄。此後，歷代在首都皆設國子監和各類專門學校。
此外，都城還有地方辦的州縣學，以及民間設立的，稱作家塾、會館、書會等教育平民子弟的私立學校。南宋的臨安甚至每一里巷就有一二所私學，朗朗讀書聲，隨處可聞。
選拔和任用官吏是歷代政治的重要內容。戰國時代各國選用官吏，主要有兩個途徑，一條是「軍功」，即提拔作戰勇敢的人；另一條則是「養士」，即把一批有學問有才幹的人供養在自己的身邊。燕昭王修築黃金台，禮聘天下賢士。齊國在都城臨淄設立稷下學宮，招集天下賢士百千人，給以優厚的待遇。除了國王，一些國家的大貴族，例如齊國孟嘗君和楚國春申君，也都養了一大批士，這些貴族有的住在都城，也有的不住在都城，但都城無疑是士最集中的地方。
隋唐以後，科舉製成了當官的主要途徑，吸引了無數的讀書人。科舉考試一般分幾級進行，最後考試都在首都舉行。唐代武則天曾經親自在洛陽宮殿出題考試，開了科舉考試中所謂「殿試」的先例。宋代正式確立了殿試製度，並規定每三年開科一次，每次錄取進士二三百人左右。自唐宋開始，赴京趕考，金榜題名，成為無數文人夢寐以求的目標。唐代每年入京趕考者至少有萬餘人。當時諸科取士名額較少，每年只有幾十人至一二百人。到北宋時進士名額增多，有時竟高達七八百人，赴京趕考人數大大超過唐代。每逢科舉之年，這些四面八方前來會考的文人學士，給都城增添了不少的文化氣氛。
科舉考試中一舉成名的狀元照例進入翰林院，擔任修撰，第二、三名的榜眼、探花授編修。其他一些中舉者授庶吉士，入庶常館學習，三年期滿以後有的人也授翰林院編修或檢討。自唐代以來，翰林學士便是皇帝的近侍，作文學侍從之臣，並參與修國史、實錄和起居注，十分榮耀。由於這一措施，科舉考試的尖子差不多都要先在都城生活若干年。
擁有全國最大的國家圖書館是都城為全國文化中心的一個重要標誌。早在西周時代，周王室和各諸侯國都設史官，既記載國家所發生的政事，又負責保藏政府的圖書和文獻檔案。西漢定都長安不久，即在未央宮建了石渠閣、天祿閣和麒麟閣三座藏書樓，此後又建立新的藏書樓，並派人到全國各地訪求圖書，充實國家圖書館，此外又派學識淵博的學者劉向、劉歆進行校勘整理。雖然漢代是在秦始皇焚書之後，仍收集到很多圖書，到西漢末年藏書達到三萬多卷。
此後，歷代都繼承了西漢的做法，以國家力量在全國訪求圖書，建立國家圖書館，並派學者進行較勘整理。特別是在西漢、東漢等封建社會的前期階段，國家圖書館對促進學術起了顯著的作用。那時，私人藏書很少，只有宮廷集中了大量的圖書，國家圖書館的豐富藏書，除了供皇帝和近臣閱覽，也為部分士大夫使用提供方便。成書於漢代的兩部史學名著，西漢司馬遷的《史記》和東漢班固的《漢書》，兩人在寫作時都充分利用了國家圖書館的藏書。唐朝依賴豐富的藏書，設置史館，開創了官修前代歷史的先河。宋、明、清等朝都利用國家圖書館藏書，編撰卷帙浩繁的類書和叢書。清代編成的我國最大的叢書《四庫全書》，就是政府組織一大批文人，利用國家圖書館的豐富藏書，編撰而成。
紙的發明和推廣有利於文化的傳播，唐代以後推廣使用的雕版印刷術則大大便於書籍的印刷出版。五代後唐在國子監開雕號稱「九經」的儒家經典，開創了歷代以國家之力雕版印刷大部頭經學和史學著作的先河。這種國家組織的雕版印刷活動大多在都城進行，此外，由於知識分子人數居各城市之首，都城的私人雕版印刷業也很興盛，往往是全國印刷業的主要中心之一。北宋都城開封是全國三大印刷中心之一，無論是官營印刷業，還是私營印刷業都很發達。南宋杭州官營印刷業有為朝廷主持的，也有臨安府主持的，除了刊印書籍，還印刷紙幣——交子。私人刻書更為發達，杭城內外有名可考的刻書鋪就近20家。當時杭州的公私刻書，不但以數量多著稱，而且以質量優勝居全國第一。雕版字體工整，刀法圓滑，紙堅色白，墨色香淡，有些宋版書籍至今還留有一股清香的墨味。明代南京為全國印書中心之一，明初編成的《元史》、著名藥物學家李時珍編著的《本草綱目》，都是在南京印刷出版的。
為了滿足帝王與王公貴戚、達官貴人娛樂的需要，歷代都在都城集中了一大批歸朝廷專門機構管理的藝人。各地的藝人也視都城為比藝鬥技的大舞台，前來演出。唐代，長安、洛陽兩地表演歌舞和演奏音樂的藝人都達萬人之多。有的歌舞往往需要幾十人甚至更多的人參加演出，如立部伎舞隊便需要60—180人，鼓樂齊鳴，歌聲陣陣，氣象恢宏壯闊。獨舞也很受人歡迎。南唐後主李煜宮中有一名叫咬娘的舞女，輕麗善舞，用絲綢纏腳，纖小彎曲如鉤月，能在金制六尺高的蓮花上跳舞。相傳婦女纏足就是從這時開始的。
對統治者來說，僅有音樂歌舞這種比較高雅的娛樂還是不夠的，很多帝王也喜歡民間的娛樂方式。隋煬帝曾招集民間雜技、魔術、戲劇等百戲藝人在洛陽舉行大會演，有黃龍變、雙人對舞走繩、力士扛鼎、頂竿舞、神鰲吹山、幻人吐火等精彩節目。每年正月十五，隋煬帝都要在端門外大街設百戲場，招待外國使節和商人。戲場周圍達十六七里，伴奏的樂隊達一萬餘人，樂聲遠播幾十里之外，燈火輝煌如同白晝。
隨著城市經濟的繁榮和發展，滿足下層市民需要的民間娛樂也發達起來。北宋開封和南宋臨安都有大型固定的娛樂場所，叫瓦子，又叫瓦舍或瓦肆。這是種綜合性的遊藝場，規模很大，有的可容納數千人。開封城內共有瓦子50多座，杭州的瓦子最多時達24處。瓦子內表演的伎藝多種多樣，五花八門，雜技、歌舞、馬戲、曲藝、武術，應有盡有，各種藝術又包含許多類的表演形式。例如，在杭州北瓦中的表演項目，有講史、說經、小說、相撲、喬相撲、杖頭傀儡、水傀儡、影戲、雜劇、雜班、嘌唱、唱賺、說唱諸宮調、舞蕃樂、使棒、打硬、踢弄、散耍、裝秀才、說諢話、學鄉談、背商謎、教飛禽、裝神鬼等，使人目不暇接。據記載，北瓦每日人頭攢動，十分熱鬧。在瓦舍內外，為滿足看客的需要，還開了各種雜貨零賣店和酒食店。
除了瓦子外，一些寺院在集市、廟會之日，也成了百伎顯藝的地方。此外，還有的伎人走街串巷，在街頭巷尾的空地做露天表演，被稱作「路岐人」。
說話、傀儡、雜技、雜劇、影戲是各種娛樂形式中最吸引人的數種。說話又分小說、說鐵騎兒、說經、講史書四家，其中，小說和講史多取材於市民生活和眾人喜聞樂見的歷史和當代題材，情節有長有短，塑造了許多極具個性的人物，頗受人們歡迎。小說和講史的底本稱為話本或平話，對後代的文學產生了重大影響。我國古代的著名小說《水滸傳》即與話本有著重大而直接的關係，而膾炙人口的明清短篇故事集，如《喻世明言》、《醒世恆言》、《警世通言》中的不少故事，就是根據宋代話本改編的。
兩宋以後，戲劇藝術不斷發展，新的形式、新的創作不斷湧現。北宋滅亡，原生活在開封的戲劇藝術家流落江南和華北北部。例如，說唱故事的諸宮調，便分別流傳於南宋都城臨安和金朝都城中都，在此基礎上形成南北兩大戲曲中心。雜劇是元代最重要的戲劇形式，都城大都城是元代初期雜劇在北方的中心，當時雜劇作家大部分居住在大都，大都也是重要的演出場所。到了元代中葉以後，逐漸向南方一帶發展。
清代都城北京的演出活動相當興盛。乾隆年間是清代的鼎盛階段，乾隆皇帝喜愛看戲，因而宮廷經常上演戲劇。除了太監所組成的內廷戲班，朝廷還經常把外地民間藝人徵調進京演出。除了宮廷，北京民間也有很多戲班上演的地方，稱「茶園」和「茶樓」，乾隆前後僅外城的茶園便有十幾個。到清中葉北京舞台上形成京劇，以後逐漸發展為全國最大的劇種。
都城也是畫家、雕塑家、文學家、學者、名醫師、科學家的薈萃之地。他們的偉大發明和不朽著作，如西漢司馬遷的《史記》，東漢張衡的地動儀和渾天儀，宋代蘇頌的水運儀象台，李誡的《營造法式》，司馬光的《資治通鑒》，