公元前221年，秦王政（前246～前210年在位）统一六国，结束了长期的诸侯割据局面，建立了一个以咸阳为首都的幅员辽阔的国家。这个国家的疆域，东至海，西至陇西，南至岭南，北至河套、阴山、辽东。秦王政兼采传说中三皇五帝的尊号，宣布自己为这个国家的第一个皇帝，即始皇帝，后世子孙代代相承，递称二世、三世皇帝。他认为帝王死后以其行为为谥的制度，是“子议父，臣议君”，有损于帝王的尊严，所以宣布取消。他规定皇帝自称曰“朕”，并制定了一套尊君抑臣的朝仪和文书制度。这些都是为了显示皇帝的无上权威，表示秦的统治将万世一系，长治久安。
周代以来封国建藩的制度，与专制皇权和统一国家是不相容的，所以必须加以改变。始皇二十六年（前221），丞相王绾请封诸皇子为燕、齐、楚王，得到群臣的赞同。廷尉李斯力排众议，主张废除分封诸侯的制度，全面推行郡县制度。秦始皇接受了李斯的建议，把全国分成三十六郡，以后又陆续增设至四十余郡。这些郡完全由中央和皇帝控制，是中央政府辖下的地方行政单位。中央集权的制度从此确立。始皇二十八年的峄山刻石辞说：“追念乱世，分土建邦，以开争理”；“乃今皇帝，壹家天下，兵不复起”。这说明秦始皇认为废分封行郡县是消除各地兵争所必须的。
秦始皇以战国时期秦国官制为基础，把官制加以调整和扩充，建成一套适应统一国家需要的新的政府机构。在这个机构中，中央设丞相、太尉、御史大夫。丞相有左右二员，掌政事。太尉掌军事，不常置。御史大夫是丞相的副贰，掌图籍秘书，监察百官。丞相、太尉、御史大夫以下，是分掌具体政务的诸卿，其中有掌宫殿掖门户的郎中令，掌宫门卫屯兵的卫尉，掌京畿警卫的中尉，掌刑辟的廷尉，掌谷货的治粟内史，掌山海池泽之税和官府手工业制造以供应皇室的少府，掌治宫室的将作少府，掌国内民族事务和外事的典客，掌宗庙礼仪的奉常，掌皇室属籍的宗正，掌舆马的太仆等。丞相、太尉、御史大夫与诸卿议论政务，皇帝作裁决。
地方行政机构分郡、县两级。郡设守、尉、监（监御史）。郡守掌治其郡，郡尉辅佐郡守，并典兵事。郡监司监察。县，万户以上者设令，万户以下者设长。县令、长领有丞、尉及其他属员。郡、县主要官吏由中央任免。县以下有乡，乡设三老掌教化，啬夫掌诉讼和赋税，游徼掌治安。乡下有里，是最基层的行政单位。里有里典，后代称里正、里魁，以“豪帅”即强有力者为之。此外还有司治安、禁盗贼的专门机构，叫作亭，亭有长。两亭之间，相距大约十里。
早在秦献公十年（前375），秦国就建立了以“告奸”为目的的“户籍相伍”制度。后来商鞅规定，不论男女，出生后都要列名户籍，死后除名；还“令民为什伍”，有罪连坐。秦律载明迁徙者当谒吏转移户籍，叫作“更籍”。秦王政统治时期，户籍制度趋于完备。秦王政十六年（前231）令男子申报年龄，叫作“书年”。据云梦秦简推定，秦制男年十五（另一推算是十七）载明户籍，以给公家徭役，叫作“傅籍”。书年、傅籍，是国家征发力役的依据。始皇三十一年“使黔首自实田”，即令百姓自己申报土地。土地载于户籍，使国家征发租税有了主要依据。户籍中有年纪、土地等项内容，户籍制度也就远远超过“告奸”的需要，成为国家统治人民的一项根本制度。秦置二十级爵，以赏军功。国家按人们的爵级赐给田宅，高爵者还可以得到食邑和其他特权。爵级载在户籍，所以户籍也是人们身份的凭证。
统治一个大国，需要全国一致而又比较完备的法律制度。出土的云梦秦简提供了自秦孝公至秦始皇时期陆续修成的秦律的部分内容，其中有刑律的律文和解释，有名目繁多的其他律文，还有案例和关于治狱的法律文书。秦始皇统一六国以后，以秦律为基础，参照六国律，制定了全境通行的法律。秦律经过汉朝的损益，成为唐以前历代法律的蓝本。
维持一个大国的统一，还需要强大的军队。秦军以灭六国的余威，驻守全国，南北边塞是屯兵的重点地区。秦制以铜虎符发兵，虎符剖半，右半由皇帝掌握，左半在领兵者之手，左右合符，才能调动军队。这是保证兵权在皇帝手中的重要制度。秦军是一支前所未有的巨大的震慑力量。已发掘的秦始皇陵侧的兵马俑坑，其中两坑约有武士俑七千件，战车百乘，战骑百匹。武士俑同真人一样高大，所持武器都是实物而非明器。这种车、步、骑兵混合编组的大型军阵，其规模之大，军容之盛，是秦军强大的表征。
秦始皇不但建立了一套专制主义中央集权的统治机构和制度，而且还采用了战国时期阴阳家的终始五德说，以辩护秦朝的法统。终始五德说认为，各个相袭的朝代以土、木、金、火、水等五德的顺序进行统治，周而复始。秦得水德，水德尚黑，所以秦的礼服旌旗等都用黑色；与水德相应的数是六，所以符传长度、法冠高度各为六寸，车轨宽六尺；水德主刑杀，所以政治统治力求严酷，不讲究“仁恩和义”；与水德相应，历法以亥月即十月为岁首，等等。秦始皇还确定了一套与皇帝地位相适应的复杂的祭典以及封禅大典，择时进行活动。秦始皇在咸阳附近仿照关东诸国宫殿式样营建了许多宫殿，并于渭水之南修造富丽宏伟的阿房宫。咸阳宫殿布局取法于天上的紫微宫，俨然是人间上帝的居处，天下一统的象征。秦始皇还在骊山预建陵寝，墓室中以水银为百川、江河、大海，机相灌输，上具天文，下具地理。他采取这些措施，和他采用皇帝的名号一样，是要表示他在人间的权力与上帝在天上的权力相当，从而向臣民灌输皇权神秘的观念。皇权神秘观念，是专制主义中央集权制度的思想基础。
陕西西安临潼区秦兵马俑坑出土的将军陶俑
皇权的加强和神化，郡县制的全面推行，体现专制皇权的官僚机构和各种制度的建立，法律的完备和统一，皇帝对军队控制的加强，等等，这些就是专制主义中央集权制度的主要内容。专制主义中央集权制度，在当时的条件下是维持封建统一所不可少的条件。但是这种政治制度对百姓的束缚极大，而且它对经济文化发展的促进作用也可以转变为阻滞作用，这在封建社会后期更为显著。