战国末年，强秦以武力消灭其余六国，统一了全国。赢政二十六年（前221年），秦王改前朝的分封制为中央集权制，取“三皇”之皇，“五帝”之帝，自称始皇帝，定都咸阳，是为秦始皇。始皇分天下为三十六郡，由朝廷任命官吏，不再采用世袭制。在朝内设左右丞相、御使大夫、太尉、将军、廷尉等官职，任用贤能。又下令统一六国的文字与度量衡，以秦相李斯订正的秦篆（小篆）为全国统一字体，并经过大规模的移民，消除了方言方面的障碍。前二二一年，始皇颁布统一度量衡诏书，其中规定了币制、地亩制、车轨制等各种订制。
为了减少匈奴的北方少数民族的威胁，始皇派大将蒙恬以三十万大军北击匈奴，并在原先六国城墙的基础上加以连接、修复，逐步修建起万里长城。在国内，始皇派遣大量的民夫为其修建工程浩大的宫殿及陵墓，其中宫殿以阿旁宫为最，相传项羽灭秦后火烧阿旁宫，大火燃烧了三个月才逐渐熄灭。
始皇在位十二年中，曾多次巡游天下，前二二零年，巡陇西、北地二郡；前二一九年，第二次东巡上邹峄山；前二一八年，第三次东巡登芝罘山刻石；前二一五年，第四次东巡至碣石山刻石；前二一零年，第五次南巡至九疑山。始皇通过巡游天下，一方面，祈求天地福泽，另一方面，向天下人显示皇帝的威严。为了长生不老，他派徐福出海求仙，但徐福一去不返。
第五次巡游的途中，始皇卒，宰相李斯与宦官赵高合谋拥始皇第十八子胡亥为帝，是为秦二世。为了个人的利益，赵高与李斯伪造始皇遗诏杀太子扶苏及大将蒙恬。不久赵高又杀李斯，秦朝的政权便完全落于胡亥与赵高之手。但是，秦二世昏庸无道，听信奸臣赵高，致使人民不满，各地纷纷起来反抗。前二零九年，陈胜、吴广起义；前二零七年，项羽、刘邦等人纷纷起兵反对秦朝，使得秦帝国很快瓦解。前二零六年，赵高逼二世胡亥自杀，另立子婴为帝。此时刘邦已进攻咸阳，子婴杀赵高后，出城请降，秦王朝统治就此灭亡。