早在史前时期，这里就有先民们活动的遗迹，是所谓“三皇传为旧居”（《古迹志》）的地方。那位“烽火戏诸侯”的周幽王，也曾在这里建造宫室，称骊宫。当时的温泉修在房舍之外，“上无尺栋，下无环墙”，晚上沐浴，星辰可见，因为古人称热水叫“汤”，所以这处温泉便叫“星辰汤”。秦始皇时才砌石起宇，以遮蔽风雨，改名为“骊山汤”，传说始皇帝在这里遇到过仙女，人们也称之为“神女汤泉”。汉武帝时大加修葺，扩建为一处离宫。北魏宣武帝延昌二年（公元513年）鲜卑族人元苌任雍州刺史，在骊山温泉“剪山开障，因林构宇”，建造了温泉堂馆，并撰刻《温泉颂》碑。北周武帝天和四年（公元569年）再造“皇堂石井”。隋文帝开皇三年（公元583年），在温泉区“列松柏千株”，使这里的环境更加优美。唐朝时，太宗、高宗都有营造，并先后更名为汤泉宫和温泉宫。
到了唐玄宗时代，唐帝国经过一百多年的发展，国家殷富，天下太平，玄宗贪图享乐的思想日益滋长，于是大兴土木，对骊山温泉进行大规模扩建，“修汤井为池，环山列宫殿，宫周筑罗城”。天宝六年（公元747年），唐玄宗改温泉宫为华清宫。从此，这里便成为唐玄宗晚年的游幸之地。几乎每年冬十月，唐玄宗都要到这里避寒。据史书记载，从开元二年（公元714年）到天宝十四年（公元755年）的四十年间，玄宗正式出游华清池达三十二次，而临时性的临幸和出游，恐怕会更多。这从唐诗人的诗中有关杨贵妃喜吃荔枝的故事便可得知。因此物产于初夏，又不耐久存，所以这从一个侧面反映了杨贵妃和唐玄宗来华清宫的时间在夏季，而并非仅仅是在冬春之际。
唐玄宗每次出游，都有百官随从，在这里，任免官员，发布政令，华清宫俨然成了唐朝的临时中央首脑机关了。比如，开元二十九年（公元741年），唐玄宗在这里发制书说：以前救灾先行请示，以后酌情，先行赈灾，尔后报告。天宝四年（公元745年），玄宗任命户部郎中王 为户口色役使，并下令敕免当年全国百姓的租庸调。天宝六年（公元747年），玄宗召见边将哥舒翰，“与语，悦之”，遂任命为陇右节度使。
华清宫是唐玄宗时最豪华的离宫。据唐朝郑处诲在《明皇杂录》中载：扩建后的华清宫极尽奢华之能事。安禄山专门从范阳运来用白玉石雕琢的“鱼龙凫雁”，以及巧夺天工的石梁和石莲花，用于装饰御汤。在宫中的数十个汤屋中，池壁四周都用带花纹的石块砌成。池中放置“银镂漆船，及白香木船”，所用的揖橹，“皆饰以珠玉”。而侍从的杨贵妃兄妹，皆用宝玉金翠装饰车马服玩，每人的一车之费，不啻数十万贯。杨国忠还恬不知耻地说：“我出身细微，因为裙带关系才有今天。我不知道前途如何，但我不会有好名声。所以要在拼命敛财中得到快乐。”就是在这个奢靡无度的华清宫里，既上演了李隆基和杨玉环的生死恋情，也见证了唐帝国由盛而衰的蜕变过程。
贵妃杨玉环祖籍弘农华阴（陕西华阴），后移居蒲州永乐（山西芮城），父亲杨玄琰游宦巴蜀，杨玉环生于其任所。不幸杨玄琰过早去世，年幼的杨玉环被叔父杨玄珪收养。开元二十二年（公元734年），杨玉环获选为唐玄宗儿子李瑁王妃。开元二十五年（公元737年），唐玄宗十分宠爱的武贵妃病死，宫中虽有宫女四万，佳丽三千，都没有叫他称心如意的。开元二十八年（公元740年），当这位风流种子见到美艳绝世的杨玉环后，一时心花怒放，不管儿子寿王李瑁是否同意，也不管什么道德人伦，立即据为已有，命高力士把杨玉环接到华清宫，开始了情人关系，后经人提醒便来了个“曲线选妃”的策略，先让杨玉环去作女冠（女道士），赐名“太真”。经过六年同居生活，于天宝四年（公元745年），在唐宫凤凰园中，杨玉环被正式册封为“贵妃”，昔日的儿媳妇真正成了自己的老婆。这时杨玉环只有二十七岁，而唐玄宗已经是六十一岁的老人了。由于贵妃“肌态丰艳，晓音律，性警颖，善承迎上意”，所以倍受玄宗的宠爱。有时，这对老夫少妻也闹点别扭，玄宗曾两次把贵妃赶出宫去，但总是先服软，不是送吃的，就是送贵重礼物，最终还是派人把贵妃接了回来。
两次感情纠葛，使唐玄宗深深感到离不开杨贵妃；而杨贵妃也益发看到唐玄宗对她的眷恋，于是就变得更骄惯，更尊崇。她爱吃荔枝，唐玄宗常以帝王之尊，命人从千里之外的岭南火速送来，这在历代文人的笔下都有评述。宋代大诗人苏轼有一首《荔枝叹》写得最为深刻，诗中写道：
“十里一置飞尘灰，五里一堠兵火催。
颠坑仆谷相枕籍，知是荔枝龙眼来。
飞车跨山鹘横海，风枝露叶如新采。
宫中美人一破颜，惊尘溅血流千载。”