汉武帝死后葬于茂陵，茂陵位于陕西兴平市南位镇茂陵村南500米，在西汉时属汉代槐里县的茂乡。现在这里建造了茂陵博物馆。

汉武帝在位五十四年，他的茂陵前后修了五十三年。汉武帝在位时国力强盛，而且他是个喜欢享乐的皇帝，因此他的茂陵也是西汉帝王陵中规模最大、陪葬品最多的陵墓。《汉书·贡禹传》记载，汉元帝时谏大夫贡禹曾经上奏批评奢侈之风，也批评了汉武帝的厚葬情形，“霍光专事，不知礼正，妄多藏金钱财物，鸟兽鱼鳖牛马虎豹生禽，凡百九十物，尽瘗藏之。”茂陵规模宏大，高二十丈，墓道能容通过六马拉的大车；墓中设置了诸多防盗设施，“先闭剑户，户设夜龙、莫邪剑、伏弩，设伏火”。（《后汉书》志第六《礼仪志下》刘昭注补引《汉旧仪》）

尽管茂陵的防盗措施很好，但是因为陪葬品特别丰厚多次遭到了盗掘，既有民间的零星盗掘，也有大规模的军队盗掘。《汉武帝内传》记载，汉武帝去世后四年，茂陵陪葬品就出现在了市场上。“帝家中先有一玉箱、一玉杖，此是西胡康渠王所献帝甚爱之，故入梓宫中。其后四年，有人于扶风市中买得此二物。”汉武帝陵中随葬经书以及盛装经书的金箱，在汉宣帝时也流落到民间。

对茂陵的大规模盗掘主要发生在王莽新朝和唐朝败亡之际。王莽新朝灭亡后，攻入长安的赤眉军大规模盗掘了西汉皇帝陵墓。“宗庙园陵皆发掘，唯霸陵、杜陵完。”（《汉书·王莽传下》）《后汉书·刘盆子传》也记载：“发掘诸陵，取其宝货，遂污辱吕后尸。凡城所发，有玉匣敛者率皆如生，故赤眉得多行婬秽。”西汉陵墓遭劫，东汉皇帝、大臣的墓也没能逃脱厄运，在东汉末年被董卓军队挖了个遍。面对汉陵被破坏的惨状，魏文帝曹丕曾经感叹说：“丧乱以来，汉氏诸陵无不发掘，至乃烧取玉匣金缕，骸骨并尽，是焚如之刑。”（《三国志·魏书·文帝纪》）

根据以上这些记载，茂陵在历史上遭受了重大破坏。但是茂陵似乎只被赤眉军盗掘了局部。据《晋书·索綝传》记载，晋愍帝建兴三年，大臣索綝说：汉武帝的陵墓赤眉军几万人搬了一个月，陪葬品却盗掘了不到一半，还遗留下很多珍贵宝物。在唐末，茂陵再次遭到了黄巢军队的大肆盗掘。这是历史有载的第二次大规模破坏。

当代考古工作者多次勘察了茂陵，经测量陵区分为茂陵陵园、茂陵邑、陪葬墓区及修陵人墓地四部分，分布范围东西约9. 5、南北约7公里。茂陵现存封土呈覆斗形，底部边长东243、南238、西243.2、北240米；顶部边长东36、南41. 6、西39. 2、北41. 7米;现距地表高度48. 5米。有趣的是，考古工作者并未在茂陵封土上发现盗洞。也许历次盗墓没有破坏汉武帝的陵墓。

经勘测调查，汉武帝陵园有150座外藏坑；旁边的李夫人墓园内有6座外藏坑、7座祭祀坑；茂陵陵园与外城墙之间分布244座外藏坑；茂陵陵园内还发现中型以上的墓葬9座；茂陵陵园外可以确定的部分陪葬墓113座。（《汉武帝茂陵考古调查、勘探简报》，《考古与文物》2011年第2期）如此巨大的陵园，勘察确定的茂陵外的陪葬坑近四百座，未能勘察的陪葬坑还不知道有多少。也许史载的盗掘茂陵仅是盗掘了这些外藏坑和陪葬墓。