隋朝結束了長期的戰亂，統一全國，定都長安，在隋文帝治理下，國力迅速發展。隋煬帝又重新在漢魏洛陽故城以西興建洛陽城。後因開運河、征高麗，無限制地消耗民力和財富，隋朝很快滅亡。李淵和李世民父子統一中國，建立起大唐帝國。從唐太宗的「貞觀之治」到唐玄宗的「開元之治」，經過140年，唐朝的經濟文化進入了極盛時期。農業生產穩定，公私儲藏豐富，全國水陸交通發達。邊境安定，版圖遼闊，幾乎所有的亞洲國家都和中國有經濟文化上的往來。封建城市空前繁榮，長安城規模巨大，相當於今天西安城的五倍。城內街道整齊，道旁砌有排水溝，路邊種植榆槐和果樹。城南曲江池建築了許多皇室貴族的離宮別院。城裡「三大內」宮殿群，為全市的中心，宮殿壯麗巍峨，建築藝術達到了新的高峰。今西安市內唐長安城的遺迹仍到處可尋。但正當唐朝達到鼎盛之時，唐玄宗驕奢淫逸，信任權奸，導致長達八年的安史之亂。從此唐王室開始走下坡路，後來雖曾一度出現中興氣象，但宦官掌權、藩鎮割據的局面已經形成。最後唐朝在農民起義和宦官藩鎮的爭鬥中滅亡，中國又陷入了五代十國的分裂局面。
安史之亂是唐代盛極而衰的轉折點，因此唐玄宗成為歷史上最引人注目的人物之一。關於他因寵愛楊貴妃而導致禍亂的故事，後來一直是文學作品中的重要題材。而他和楊貴妃住過的驪山華清池也就成了人們最感興趣的古迹之一。驪山在陝西臨潼縣境內，這裡的溫泉一向很出名，周、秦、漢、隋都在此建過離宮。唐太宗貞觀十八年(公元644年)在此建「湯泉宮」，玄宗開元年間又加擴建，天寶六載(公元747年)改名華清宮。華清宮規模很大，遍山松柏花木，亭台殿閣從山腳一直排到山頂，還設置了許多政府部門和公卿邸宅。溫泉池也大大增加，皇帝后妃百官不同的身份有不同的湯池。除了唐玄宗所用的九龍湯和楊貴妃用的貴妃池以外，還有長湯16所。宮內湯池用美玉寶石鑲砌，中央雕玉蓮花，溫泉水從蓮花中噴出。湯池面積很大，有時玄宗還坐著小船在池內遊戲。從開元末年起，唐玄宗幾乎每年十月都帶著主要官員去華清宮，年底才回長安城。安史之亂爆發前夕，杜甫從長安回奉先縣探家，路過驪山，親眼見到滿山的蒸氣，聽到宮內傳出的音樂，感慨萬端，寫下了他最著名的長詩《自京赴奉先縣詠懷五百字》，道出了「朱門酒肉臭，路有凍死骨」這兩句千古名言，流露了大亂即將來臨的預感。安史之亂中，華清宮遭到叛軍洗劫，大部分宮殿被燒毀。中唐以後愈趨荒涼冷落，因此它又成為統治者荒淫敗國的歷史見證。現華清池已經過修繕，仍有「貴妃池」和「九龍湯」，吸引著中外遊客來此發懷古之浩嘆。
唐代是中國封建文化最繁榮的時期，各民族文化相互吸收，儒道佛三教並行於世。各種西方宗教如景教、摩尼教、伊斯蘭教等相繼傳入中國。 史學、地理學、天文曆法、醫學、建築等方面都取得了高度成就。中國古典詩歌更是跨入了黃金時代，不但數量眾多，作者廣泛，而且在藝術上成為後世不可企及的典範。雕塑、繪畫、書法、音樂舞蹈等各種藝術，也都以宏偉的氣魄和精湛的技藝表現了大唐帝國盛大赫烈的氣象。
從美術來看，敦煌莫高窟、唐墓壁畫、昭陵六駿都是世界藝術史上的瑰寶。
敦煌是絲綢之路上的著名重鎮和咽喉要道。前秦建元二年(公元366年)，樂僔〔zun 尊〕和尚在敦煌鳴沙山創建了莫高窟最早的洞窟，到武則天時已有千餘個窟龕。現尚存歷代洞窟492個，壁畫45000多平方米，彩塑2415身。這是一處由建築、繪畫、雕塑組成的綜合藝術寶庫。1900年，在莫高窟內又發現了藏經洞，從這個封閉了900年的洞里找到許多經卷文書，織綉、畫像、文物共五萬多件，其中有各種古代民族文字的寫本。 文物圖書的年代包括從公元4世紀到14世紀十個世紀。這是本世紀初震驚中外學術界的一件大事。自從藏經洞打開後，研究敦煌的人越來越多，逐漸形成了「敦煌學」這門學科。
莫高窟主要的藝術創作是泥塑和壁畫，二者融為一體，是一大特色。彩塑大體經過三個藝術發展時期，第一是早期，包括北魏、西魏、北周三個朝代。大多用高浮雕，造型厚重，手法簡樸，人物一般直立或端坐，動態較少。第二是隋唐極盛期，每個窟龕都列置以佛為中心的群像，以3到11軀不等。最高的佛像是北大像，達33米，次則是南大像，高26米。菩薩像漸由早期的男相變為女相，姿態自由，身材勻稱，肌膚細膩，裝飾華麗，製作極為精細。天王力士比例協調、勇武有力、精神飽滿。雖然塑造的總是那幾個人物，但體型、面相、神態千差萬別。造型敷彩以現實生活中的人物為藍本，又適當誇張，如佛弟子迦葉的老成持重，阿難〔nuo挪〕的聰明俊秀，都刻畫得極有個性。而且每個人物都成為獨立的造型，不像早期塑像那樣貼著牆壁。衣紋塑造也不像早期那樣僅用陰刻線條表示，而是極其寫實，表現出衣褶重疊，有逼真的立體感和質感。細部處理多用彩繪和金箔裝飾，色彩對比強烈。同時克服了隋以前人物頭部過大、身體僵硬的通病，肌體勻稱，動作自如。第三個時期是衰落期，包括五代到元等朝代，氣魄已遠不如唐代，形象也較單調。
莫高窟中壁畫的發展與彩塑大致同步。早期壁畫中除佛像外，有許多情節性的佛教故事畫，大多表現釋迦牟尼前世捨己救人的悲慘場面和自我犧牲精神。不少故事只能在敦煌壁畫中見到。基本造型手段是採用我國傳統的線描，線條粗壯有力，比較簡單。北魏以前人物衣冠服飾同彩塑一樣，明顯保留印度、波斯的風習。有時還用來自西域的明暗暈染法表現立體感。北魏晚期以後，變為傳統的繪畫染色法，形成「中原式風格」。隋唐時期壁畫內容主要是圖解佛經，其中凈土宗在壁畫中表現得最多。畫上的凈土世界極其富麗美妙，有金銀琉璃裝飾的樓閣，大如車輪的蓮花，表演優美舞蹈的伎樂飛天，這種樂觀美滿的生活和北朝壁畫中苦行禁慾的精神，無疑具有極大的差別。許多畫面中還夾帶表現了當時社會的生活和生產，富有生活氣息。唐代壁畫人物造型豐富多樣，生動活潑，尤其是飛天，不但形象美麗豐滿，線條流暢飄逸，而且成排成行雙雙對對在浮雲中遨遊穿行。色彩的鮮明燦爛，境界的開闊，氣魄的宏大和構圖的複雜都遠非北朝可比。盛唐是中國壁畫史上的頂峰時期，宋以後的洞窟壁畫便黯然失色，與彩塑一樣進入了衰落期。
除了石窟壁畫以外，唐代壁畫保留下來的還有墓室壁畫，目前發現的有乾陵附近出土的章懷太子、懿德太子、永泰公主墓壁畫，保存較好。章懷太子李賢，是唐高宗和武則天的次子，懿德太子李重潤和永泰公主李仙蕙，是唐中宗李顯的子女，都被武則天處死，後來遷到乾陵陪葬。章懷太子墓中壁畫總計400多平方米，有50多幅。著名作品如「禮賓圖」、「馬毬圖」、「狩獵圖」、「觀鳥撲蟬圖」等，都是壁畫中的珍品。懿德太子墓規模較大，墓內遍布壁畫，其中「宮城圖」、「儀仗圖」、「鷹犬圖」、「執扇宮女圖」等，很有特色。永泰公主墓壁剝落嚴重，其中「宮女圖」保存較完整，可稱傑作。這些畫展現了唐代宮廷生活的各個方面，有接待外國使者的情景，有騎馬出獵的隊伍，有比賽馬球的場面，有皇帝出行的儀仗，有富麗堂皇的宮殿，畫面色彩濃重，人數眾多，氣勢雄渾。而表現宮女生活的壁畫則能以細緻的筆觸、多變的構圖刻畫出人物的各種神態，以及宮廷中悠閑寧靜的氣氛。
唐代的石雕除龍門石窟以外，唐代帝陵前的動物石刻也有世所罕見的佳作。如獻陵前的犀、虎等巨大動物石雕，造型雄毅剛健、意氣昂揚，雕刻風格渾厚粗獷。武則天母楊氏的順陵前有30多件動物石刻，其中走獅和獨角獸一對，體型龐大，氣勢雄偉，極其威嚴有力，藝術價值很高。昭陵石刻更是精美絕倫。唐太宗的昭陵在陝西禮泉縣渭河以北九峻〔zong 宗〕山上，與外界隔絕。陵區面積達30萬畝，主陵周圍有功臣陪葬墓162座。昭陵博物館內展出大量從墓區發現的文物。其中「昭陵六駿」最為著名，這是六塊青石浮雕，各高2.5米，寬三米，分別起名為「特勒驃」、「青騅」、「什伐赤」、「颯露紫」、「拳毛騧〔gua 瓜〕」、「白蹄烏」。六駿姿態生動，造型異常優美雄俊，神情各異，有的似乎能與養馬人交流感情，據說這是唐太宗所騎的六匹戰馬的雕像。其中「颯露紫」和「拳毛騧」二駿於1914年被盜運到美國費城大學博物館，其餘都陳列在西安市內的陝西省博物館。
唐代的書法也達到極高的水平。虞世南、歐陽詢、褚遂良、顏真卿、柳公權的楷書已成為後人學習書法最重要的範本。張旭、懷素的狂草如鬼神變化，筆法難以窺測。李邕、孫過庭學習東晉著名書法家王羲之、王獻之的行書和草書，都名冠一時。他們的筆跡有一部分被刻在石碑上留傳下來，西安碑林收存最多。
在市內原文廟所在地，現為陝西省博物館，