武帝曾经派遣使者远赴身毒国（古印度）征求竹子，却被昆明国（即古滇国，今云南）所阻。武帝大怒，打算派兵讨伐这个西南蛮夷之邦，听说该国仰仗滇池之险，扬言要与汉军在水上比个高低，便于元狩三年（前 120 年）下旨加挖长安城西南郊一个湖泊，起名叫“昆明池”，先在池上练习水战。池中央修筑豫章台，还用石头雕刻大鲸鱼，长三丈，放在水中，据说每逢雷雨天，鲸鱼会大声鸣吼，鬟尾齐动。
石鱼之外，池中也养了许多真鱼，可供各大皇陵祭祀之用，剩下的卖给长安的酒店厨家。《三秦记》记载了一则神异的故事：有人在昆明池钓鱼，一条大鱼上钩后，带钩挣脱而去，夜里托梦给武帝，请求救助。次日武帝驾临池边，果然见到大鱼嘴衔鱼钩，就令人将钩解去。三天后武帝又来，在岸上捡到一对明珠，知道是大鱼报恩所赠。
这座昆明池是上林苑中最大的一个水池，又名“神池”，周回四十里，广达三百三十二顷（现存遗址面积约十六点六平方公里），筑石堰堤坝，形成一个蓄水库，向东引出三条支流，足以保证长安城及近郊的用水。沿岸绿树成荫，楼馆相接，池中建高大的豫章台。特制百艘龙首船，船上楼高十余丈，船上设凤盖，立旗帜，由宫女驾行池上，伴以鼓乐笙歌，非常热闹，武帝在豫章台上凭栏观赏。水上还有几百艘戈船，船上竖立戈矛，四角各垂旗?，结成威武的军阵。
昆明池也被比拟为天上的银河，在池东西岸分别竖立牛郎和织女的石像，象征牵牛星和织女星。汉代关于牛郎织女的传说已经基本定型，《古诗十九首》中出现“迢牵牛星，皎皎河汉女”这样的句子，两星被赋予人格形象。这两尊石雕至今仍完整保存在西安市长安区斗门镇的两座小庙中，当地人尊称为“石爷”和“石婆”。牛郎像高二百五十八厘米，左手抚腹，右手扪胸；织女像高二百二十八厘米，双手笼在袖中。两像造型稚拙憨厚，颇有几分卡通味道。
一千八百多年后，清朝的乾隆帝在北京西北郊营建清漪园，效仿汉武帝的旧典，将天然的瓮山泊改名为“昆明湖”，在湖上训练水军，并作诗云：“昆明汉池不期台。”昆明湖的东岸设立一尊铜牛，西岸布置一组《耕织图》石碑，分别代表牵牛星和织女星，同样也是上林苑昆明池石雕的变体，以此体现倡导男耕女织、重视农桑的含义。
苑中还散布十几个大大小小的水池，如初池、麋池、牛首池、蒯池、积草池、东陂池、西陂池、当路池、郎池、承露池、昆台池、太乙池、鹤池等等。其中积草池中有一株南越王赵佗所献的珊瑚树，高一丈二尺，上分三脉，共有四百六十二条枝杈，夜间灿然如灯，人称“烽火树”。
上林苑中的植物品种极为丰富，其中相当一部分是天然植被，还有许多由人工培育而成。《上林赋》中对这些花木有生动描写，夸赞其红花翠叶漫山遍野，看上去无穷无尽。很多宫观都以某种植物来命名，主题鲜明。
《西京杂记》记载远方群臣进贡各地特产的果树和名花达两千余种，移植于上林苑中，分别设鼎标识其名。此书作者曾经从上林令虞渊那里抄录一份所有花木的名单，可惜被邻居借阅后丢失，后来只能凭借回忆补录九十八种。其中光是梨树就有紫梨、青梨、芳梨、大谷梨、细叶梨、缥叶梨、金叶梨、瀚海梨、东王梨、紫条梨等十种，果实或大或小，各有特色；有一种西王母枣据说来自昆仓山，东郡都尉所献的蓬莱杏传说是仙人所食，峄阳都尉所献的栗子大如拳头，来自西城的葡萄、安石榴、胡桃在苑中栽种甚广，而来自南方的花木品种大多难以成活，往往需要设暖窖温室来养护过冬。
建章仙迹
太初元年（公元前 104 年），未央宫柏梁台失火，有来自越地的巫师向武帝进言，说应该修造更大规模的宫室，以压制火灾。武帝考虑到长安城内的未央官等宫殿受城墙限制无法进一步拓展，便在长安城西城墙外新建一座建章宫，设架空的飞阁辇道跨越城墙和护城河，与城内的未央官连接起来，阁上安装类似屏风的花格网，名为“罘?”。
建章宫在上林苑诸宫中排名第一，外围宫墙周长三十里，东南部又设一圈内垣，将主要的宫殿和楼台包含在内，建筑密集，有“千门万户”之称。此宫建成后，成为西汉宫廷长期举行仪典、处理政务和日常居住的场所，同时也是游赏的乐园，具有典型的离宫属性。
《三辅黄图》详细记录了建章宫的格局。南侧宫墙设正门阊阖门，又名璧门，这是一座拥有三层屋檐的城门楼，共十二间，高达三十余丈，台阶用玉石砌筑，椽头用玉璧装饰，屋顶安设铜铸镀金凤凰，高五丈，可随风转动。门东设风阙，高二十五丈，也安有镀金的铜风，俗称“贞女楼”。门西为神明台，高五十丈，上建九室，象征九天，平时设置百名九天道人在此举行各种求仙活动，还在台上竖立巨大的铜铸仙人，上托承露盘，总高二十七丈，盘径七围（单人两臂合拢为一围），以接受上天所降的甘露----据说将甘露与玉屑混合服下，可以成仙。后来魏明帝曹睿曾经派人将这套承露盘运往洛阳，不幸中途断折，弃于霸城。清代宫廷画家冷枚《十宫词图册》第四幅《汉宫图》展现的正是建章宫的景象，图上便绘有那尊著名的仙人承露盘。
阊阖门与内垣正门圆阙门、二门??阙、前殿形成一条南北向的中轴线。圆阙门高二十五丈，上面同样安装铜凤凰；其西为别风阙，高五十丈；其东为井干楼，以粗大木料交错层叠而成，形似井上围栏，高度也达到五十丈，远望如百层仙楼。前殿是官中的核心建筑，建于高阔的台基之上，比未央宫前殿更高，用作正式的朝仪大殿。
阙原是一种特殊的构筑物，又名“象魏”，经常作为入口标志成对设立在宫殿、祠庙、陵寝的前面，类似后世的华表、牌坊，至今尚存的河南登封启母阙、太室阙、少室阙和四川雅安高顾墓阙都是东汉时期重要的石阙例证。建章宫的风阙、圆阙、??阙和别风阙都是两侧竖立高楼、形如双阙的宫门，主要采用木结构建造，与石阙形象有所不同。