诗人首联扣题，抒情写景：“高楼”，指咸阳城西楼，咸阳旧城在西安市西北，汉时称长安，秦汉两朝在此建都。隋朝时向东南移二十城建新城，即唐京师长安。咸阳旧城隔渭水与长安相望；“蒹葭”，即芦荻（蒹，荻；葭，芦），暗用《诗经·国风·秦风·蒹葭》的诗意，表思念心绪；“汀洲”，水边之地为汀、水中之地为洲，这里指代诗人在江南的故乡。诗人一登上咸阳高高的城楼，向南望去，远处烟笼蒹葭，雾罩杨柳，很像长江中的汀洲。诗人游宦长安，远离家乡，一旦登临，思乡之情涌上心头。蒹葭杨柳，居然略类江南。万里之愁，正以乡思为始：“一上”表明触发诗人情感时间之短瞬，“万里”则极言愁思空间之迢遥广大，一个“愁”字，奠定了全诗的基调。笔触低沉，景致凄迷，触景生情，苍凉伤感的情怀落笔即出，意远而势雄。
“溪云初起日沉阁，山雨欲来风满楼。”中“溪”指磻溪，“阁”指慈福寺，诗人有自注：“南近磻溪，西对慈福寺阁。” 诗人傍晚登上城楼，只见磻溪罩云，暮色苍茫，一轮红日渐薄远山，夕阳与慈福寺阁姿影相叠，仿佛靠近寺阁而落。就在这夕照图初展丽景之际，蓦然凉风突起，咸阳西楼顿时沐浴在凄风之中，一场山雨眼看就要到了。这是对自然景物的临摹，也是对唐王朝日薄西山，危机四伏的没落局势的形象化勾画，它淋漓尽致而又形象入神地传出了诗人“万里愁”的真实原因。云起日沉，雨来风满，动感分明；“风为雨头”，含蕴深刻。此联常用来比喻重大事件发生前的紧张气氛，是千古传咏的名句。
“鸟下绿芜秦苑夕，蝉鸣黄叶汉宫秋。”写晚眺近景，虚实结合：山雨将到，鸟雀仓惶逃入遍地绿芜、秋蝉悲鸣躲在黄叶高林，这些是诗人眼前的实景。但早已荡然无存的“秦苑”“汉宫”又给人无尽的联想——禁苑深宫，而今绿芜遍地，黄叶满林；唯有鸟雀和虫鸣，不识兴亡，依然如故。历史的演进，王朝的更替，世事的变化沧桑，把诗人的愁怨从“万里”推向“千古”，以实景叠合虚景，吊古之情油然而生。
“行人莫问当年事，故国东来渭水流。”作结，融情于景：“行人”，过客。泛指古往今来征人游子，也包括作者在内；“故国”，指秦汉故都咸阳；“东来”，指诗人（不是渭水）自东边而来。诗人最后感慨道：羁旅过客还是不要索问当年秦汉兴亡之事吧！我这次来故国咸阳，连遗址都寻不着，只有渭水还像昔日一样长流不止而已。“莫问”二字，并非劝诫之辞 ，实乃令人思索之语，它让读者从悲凉颓败的自然景物中钩沉历史的教训；一个“流”字，则暗示出颓势难救的痛惜之情。渭水无语东流的景象中，融铸着诗人相思的忧愁和感古伤今的悲凉，委婉含蓄，令人伤感。
此诗用云、日、风、雨层层推进，又以绿芜、黄叶来渲染，勾勒出一个萧条凄凉的意境，借秦苑、汉宫的荒废，抒发了对家国衰败的无限感慨。全诗情景交融，景中寓情，诗人通过对景物的描写，赋予抽象的感情以形体，在呈现自然之景的同时又体现丰富的生活经验，以及对历史和现实的深刻思考。景别致而凄美，情愁苦而悲怆，意蕴藉而苍凉，境雄阔而高远，神完气足，为唐人登临诗篇之佳作。
