此诗主旨是借秦始皇之求仙不成，以规讽唐玄宗之迷信神仙。就思想内容而言并不算李白一人之特见卓识，但就其动荡开合的气势、惊心动魄的艺术效果而言，实堪称独步。全诗大体可分前后两段，前段为宾，后段为主。主要手法是欲抑先扬，忽翕忽张，最后盖棺论定。
前段从篇首至「骋望琅邪台」，颂扬秦王之雄才大略和统一业绩。头四句极力渲染秦始皇消灭六国平定天下的威风。不言平定四海，而言「扫」空「六合」（包天地四方而言之），首先就张扬了秦王之赫赫声威。再用「虎视」形容其勃勃雄姿，更觉咄咄逼人。起二句便有「猛虎攫人之势」。紧接着写统一天下的具体情事，也就有如破竹了。三句「浮云」象征当时天下混乱阴暗的局面，而秦王拔剑一挥，则寰区大定，一人「决」字，显得何其果断，有快刀斩乱麻之感。于是乎天下诸侯皆西来臣属于秦了。由于字字掷地有力，句句语气饱满，不待下两句赞扬，赞扬之意已溢于言表。「明断」句一作「雄图发英断」，但不管「明断」、「英断」也好，「雄图」、「天启」、「大略」也好，总算把对政治家的最高赞词都用上了。诗篇至此，一扬再扬，预为后段的转折蓄势。紧接「收兵」二句写秦始皇统一天下后所采取的巩固政权两大措施，亦是张扬气派。一是收集天下民间兵器，熔铸为十二金人，消除反抗力量，使「天下莫予毒也已」，于是秦和东方交通的咽喉函谷关便可敞开了。二是于琅邪台、会稽山等处刻石颂秦功德，为维护统一作舆论宣传。「会稽岭」和「琅邪台」一南一北，相距数千里，诗人紧接写来，有如信步户庭之间。「骋望「二字形象生动地展示出秦王当时志盈意满的气概。秦之统一措施甚多，择其要者，则纲举目张，叙得简劲豪迈。对秦王的歌颂至此臻极，然而物极必反，这犹如《过秦论》的开篇，直是轰轰烈烈，使后来的反跌之笔更见有力。
后段十二句，根据历史事实进行生动艺术描写，讽刺了秦王骄奢淫侈及妄想长生的荒唐行为。先揭发其骊山修墓奢靡之事。秦始皇即位第三十五年，发宫刑罪犯七十多万人建阿房宫和骊山墓，挥霍恣肆，穷极民力。再揭发其海上求仙的愚妄之举。始皇二十八年，齐人徐市说海上有蓬莱等三神山，上有仙人及不死之药，于是始皇遣徐市带童男女数千人入海追求，数年无结果。此即「采不死药」事。「茫然使心哀」是担心贪欲未必能满足的恐惧和空虚。这四句对于前段，笔锋陡转，真如骏马注坡。写始皇既期不死又筑高陵，揭示出其自私、矛盾、欲令智昏的内心世界。但诗人并没有就此草草终篇，在写其求仙最终破产之前，又掀起一个波澜。据史载徐市诈称求药不得，是因海中有大鱼阻碍之故，于是始皇派人运着连续发射的强弩沿海射鱼，在今山东烟台附近海面射死一条鲸。此节文字运用浪漫想象与高度夸张手法，把猎鲸场面写得光怪陆离，有声有色，惊险奇幻：赫然浮现海面上的长鲸，骤然看来好似一尊山岳，它喷射水柱时水波激扬，云雾弥漫，声如雷霆，它鬐鬣张开时竟遮蔽了青天……。诗人这样写，不但使诗篇增添了一种惊险奇幻的神秘色彩，也是制造希望的假象，为篇终致命的一跌作势。长鲸征服了，不死之药总可求到吧。结果不然，此后不久，始皇就在巡行途中病死。「但见三泉下，金棺葬寒灰」，这是最后的反跌之笔，使九霄云上的秦王跌到地底，真是惊心动魄，以此二句收束筑陵、求仙事，笔力陡健，而口吻冷隽。想当初那样「明断」的英主，竟会一再被方士欺骗，仙人没做成，只留下一堆寒冷的骨灰，而「徐市载秦女，楼船几时回？」让方士大讨其便宜。历史的嘲弄是多么无情啊。
此诗虽属咏史，但并不仅仅为秦始皇而发。唐玄宗和秦始皇就颇相类似：两人都曾励精图治，而后来又变得骄侈无度，最后迷信方士妄求长生。据《资治通鉴》载：「（玄宗）尊道教，慕长生，故所在争言符瑞，群臣表贺无虚月。」这种蠢举，结果必然是贻害于国家。可见李白此诗是有感而发的。全诗史实与夸张、想象结合，叙事与议论、抒情结合，欲抑故扬，跌宕生姿，既有批判现实精神又有浪漫奔放激情，是李白《古风》中的力作。