始皇初继位，穿治郦山，及并天下，天下徒送诣七十万人，穿三泉，下铜而致椁，宫观百官奇器珍怪徙臧满之。令匠作机弩矢，有所穿近者，辄射之。上具天文，下具地理。
关于秦地宫最早的历史文献记载是司马迁的《史记》：“始皇初继位，穿治郦山，及并天下，天下徒送诣七十万人，穿三泉，下铜而致椁，宫观百官奇器珍怪徙臧满之。令匠作机弩矢，有所穿近者，辄射之。以水银为百川江河大海，机相灌输，上具天文，下具地理。以人鱼膏为烛，度不灭者久之。”目前我们还没有能力完全揭开秦始皇陵的真面目。有关秦陵地宫位置问题，历来众说纷纭。有的说墓室约一个足球场大，地宫是放置棺椁和随葬器物的地方，而据史料记载——秦皇陵建筑的核心史料《汉旧仪》一书中有一段关于秦始皇陵地宫深度的介绍：公元前210年，丞相李斯向秦始皇报告，称其带了72万人修筑骊山陵墓，已经挖得很深了，好像到了地底一样。秦始皇听后，下令“再旁行三百丈乃至”。“旁行三百丈”一说让秦陵地宫位置更是扑朔迷离。民间曾传说秦陵地宫在骊山里，骊山和秦陵之间还有一条地下通道，每到阴天下雨的时候，地下通道里就过“阴兵”，人欢马叫，非常热闹。据悉，考古学家根据这个传说曾作过很多考察，但却一直找不到这个传说中的地下通道。
中煤航测遥感局遥感应用研究院环境所工程师周小虎给记者讲了一个有趣的现象：今年元月初，秦始皇陵区气温降至零下12摄氏度，封土堆上的石榴树正常开花结果，而在封土堆南墙外的石榴树却冻害严重，不能正常开花结果，差别特别明显。“墙外的土壤未经扰动，而封土堆土壤的结构和含水量则已发生改变，又因为墙内地下存有地宫，才使得土壤相对温度较高，从而造成植物长势的差异。”周小虎解释说。宫墙墓室在这次勘探中，研究人员发现在封土堆下墓室周围存在着一圈很厚的细夯土墙，即所谓的宫墙。经验证，宫墙东西长约168米，南北141米，南墙宽16米，北墙宽22米。“在修建宫墙的施工中，为了检测用泥土夯实的宫墙是否坚硬，施工人员会站在远处用弓箭射墙，若箭能插进墙体，修好的宫墙必须推倒重建。”段清波说，宫墙都是用多层细土夯实而成，每层大约有5-6厘米厚，相当精致和坚固。“超出我们预想的是，宫墙顶面甚至高出了当时秦代的地面很多，向下直至现封土下33米，整个墙的高度约30米，非常壮观！”在土墙内侧，研究人员又发现了一道石质宫墙。段清波说，根据探测，发现墓室内没有进水，而且整个墓室也没有坍塌。“关中地区历史上曾遭受过8级以上的大地震，而秦始皇陵墓室却完好无损，这与宫墙的坚固程度密切相关！”“这种宫墙是前所未有的发现！这种崭新的墓葬形式可以称为‘秦陵式’。秦陵式宫墙对中国古代陵墓制度的研究能起多大的推动作用，现在还无法预知。”段清波说。
据《史记·秦始皇本纪》记载，地宫内“以水银为百川江河大海”。中国地质调查研究院研究员刘士毅介绍，通过物探证明，地宫内的确存在着明显的汞异常，而且汞分布为东南、西南强，东北、西北弱。如果以水银的分布代表江海的话，这正好与我国渤海、黄海的分布位置相符。“秦始皇曾亲自到过渤海湾，所以他很可能把渤海勾画进自己的地宫。如果这被证实，说明秦代对中国地理就有了调查和研究，也是个新发现。”刘士毅说。秦始皇以水银为江河大海的目的，不单是营造恢宏的自然景观，在地宫中弥漫的汞气体还可使入葬的尸体和随葬品保持长久不腐烂。而且汞是剧毒物质，大量吸入可导致死亡，因此地宫中的水银还可毒死盗墓者。
物探同时还发现，地宫中有石质墓室的存在。