隋唐长安城从隋文帝开皇二年（582）动工兴建，当时称之为大兴城，至唐高宗永徽五年（654）筑完外郭城，前后历时72年，可见工程量之浩大。

关于隋初另建新都的原因，有如下几点。
其一，是因为汉长安城从西汉初年修建，至隋已近800年之久，屡经战乱，破坏严重。晋代潘岳《关中记》载：长安城“宫殿台观，高下罗列，千有余区。及王莽更坏，赤眉残破，西京宫阙，半为禾黍。又变乱迭乘，氐羌窃据，以及西魏后周之际，虽数有增饰，而前规未逮”。《隋书》记载：“此城从汉，雕残日久，屡为战场，旧经丧乱。”因此，郑樵说：杨坚“以汉长安故城汉来旧邑，年代既久，凋敝实多，又制度狭小，不称皇居，乃作新都于龙首山”。《两京记》亦载：“帝（隋文帝）以长安故城，汉来旧邑，宫宇蠹朽，谋欲迁都。”显然，旧都已经无法适应新建立的大一统王朝作为国都的需要。这是营建新都的主要原因。
其二，是因为汉长安城北临渭水，距渭河较近，渭水不断南移，随时有水涝灾害的危险。《隋唐嘉话》载：“隋文帝梦洪水没城，意恶之，乃移都大兴。”甚至有术士解释说，洪水就是李渊，这显然是附会。如果说洪水没城指李渊灭隋，那么都城南迁又有何益？

其三，是因为汉长安城久为帝都，年深日久，水已咸卤难饮，不适宜于百姓居住生活。《资治通鉴》载，开皇二年（582）大臣庾季才向文帝上奏说：“汉营此城，将八百岁，水皆咸卤，不甚宜人。”注云：“京师地大人众，加以岁久壅底，垫隘秽恶，聚而不泄，则水多咸卤。”言及京城人口众多，致使大量的污水渗入地下，古代又不可能有科学的排水设施，导致地下水逐渐变质，不宜被人食用。
其四，认为建新朝必迁新都。《隋书》记载，（开皇二年）六月丙申，诏曰：“朕祗奉上玄，君临万国，属生人之敝，处前代之宫，常以为作之者劳，居之者逸，改创之事，心未遑也。而王公大臣陈谋献策，咸云羲、农以降，至于姬、刘，有当代而屡迁，无革命而不徙。”这就是说，历代新朝鼎新革故都曾迁都，隋朝初建，理应另建新都。而且“今之宫室，事近权宜，又非谋筮从龟，占星揆目，不足建皇王之邑，合大众所聚”。

其五，谶纬之说。据《太平广记》载：“长安朝堂，即旧杨兴村，村口大树今见在。初，周代有异僧，号为枨公，言词恍惚，后多有验。时村人于此树下集言议，枨公忽来逐之曰：‘此天子坐处，汝等何故居此。’及隋文帝即位，便有迁都意。”
基于以上几个原因，隋文帝杨坚于开皇二年六月二十三日，正式颁布营建新都诏书，并且任命左仆射高颎为营新都大监，太子左庶子宇文恺为营新都副监，太府少卿张煚为营新都监丞，另以将作大匠刘龙、钜鹿郡公贺娄子干、太府少卿高龙叉等为营建使，开始营建新都大兴城，具体规划皆出于宇文恺。

宇文恺（555～612），复姓宇文，字安乐，出身于北周鲜卑贵族。他的父亲是带兵打仗的武将，哥哥们也自幼爱好武艺，后来都成了战功赫赫的军官。但宇文恺从小就不喜欢舞刀弄剑，而专爱读书，舞文弄墨。他不仅书读得多，文章写得好，而且还会建造房屋，制造精巧器具。宇文恺聪明好学，做事认真。隋朝的统治巩固以后，需要建造举行祭祀大典用的“明堂”。可是明堂的建筑，到隋朝已经中断了多年，无法确定其模样。宇文恺为了弄清明堂的样式，详细研究了前代文献资料，同时还对南朝的明堂遗址做了认真的实地考察，把测量到的数据一一记录下来。为了弄清遗址残柱下面的支撑，他还做了仔细的发掘。经过一番努力，他终于制订出一个比较理想的设计方案。后来，隋文帝发现了宇文恺在建筑设计方面的杰出才能，就任命他为营建宗庙的副监。宗庙是皇帝祭祀祖先的地方，古人认为皇帝祖先的灵魂在那里安息，是王朝命运所在。宇文恺不负众望，很快建成了宗庙。隋文帝看到庄严宏伟的宗庙，十分高兴，对他又是封爵，又是赏赐。恰好在这个时候要营建新都，宇文恺便自然而然地成了设计师。
经过认真调查之后，文帝将大兴城址选定在汉长安城东南二十里的龙首原之南。位于地势开阔而平坦的渭河南岸，东边是浐河、灞河，西边是潏河，范围与今天的西安市市区大致相当，其面积是今西安城墙所围面积的7.5倍，绕着城墙走一圈，要用去一天的时间。新都虽与汉长安城不在一处，但两城毗邻，相距不远，且新都在地理上具有更强的优势。

首先，居“天下之中”的地理优势。新都置于此地，仍处于全国和关中地区的中心位置，《长安志》云其“西北据渭水，左临灞浐，右抵沣水”，就可以继续利用和发挥关中与长安地区在自然环境、农业经济、交通漕运、军事战略地位及政治历史因素等方面的有利形势和条件。如营建新都诏书中所说：“龙首山川原秀丽，卉物滋阜，卜食相土，宜建都邑，定鼎之基永固，无穷之业在斯。”
其次，远离渭水，不受水患侵扰。汉长安城由于北临渭河，受河水南移的威胁，甚至连城墙也不能伸直，曲折凹斜，素有“斗城”之称。而新都位于龙首原的南麓，以台原从中将都城与渭河远远隔开，再无洪水淹没都城的危险。
再次，地势平坦，发展前景广阔。汉长安城东南依靠龙首原，城址向西北展开，地势受到前面渭河的限制，规模不能再行扩大。而新都北靠龙首原，城址向南扩展，地势极为阔敞平坦，可以营建规模更为宏大的一代新都城。

开皇二年（582）六月，新都正式开始施工营建。首先，隋文帝于同年七月，“诏新置都处坟墓，令悉迁葬设祭，仍给人功，无主者，命官为殡葬”。凡有主之坟，由官府资助，进行迁葬；无主之坟，则由官府代为迁葬。为了超度这些亡灵，专门在新都新昌坊的南门之东建一寺庙，名灵感寺。“文帝移都，徙掘城中陵墓，葬之郊野，因置此寺，故以灵感为名”。这座寺院就是后来唐代有名的青龙寺。基址清理后，营建工程就大规模展开。营建的顺序，是“先筑宫城，次筑皇城，次筑外郭城”。全部工程，是以皇帝居住的宫城宫殿区和中央机构所在的皇城衙署区为其重点，最先构筑。不过，其他方面工程，也都在这同时全面展开，外郭城中的坊里，亦划分给百姓。如《唐两京城坊考》记载：金城坊“本汉博望苑之地，初移都，分地版筑”。
隋初新都的营建工程，从开皇二年六月至开皇三年三月，仅有9个多月，除外郭城垣还来不及全部建成外，其他如宫城、皇城、宫殿、官署、坊里、住宅、两市、寺观及龙首、清明、永安等城市引水渠道多已建成。工程进展之迅速，为中国古代建筑史上所未见。一座规模空前、闻名于世的都城就此诞生。
隋文帝在新都基本建成时，于开皇三年（583）三月十八日，隋文帝“以雨故，常服入新都”。正式由汉长安城迁入新都大兴城。

关于隋新都取名大兴城的原因，历史上有多种说法：其一，取自爵名。因为隋文帝杨坚在北周时封大兴公，并以此渐成帝业。南宋郑樵《通志》卷四一载：“文帝初封大兴公，故登极以后，其命城、县、门、殿及寺，皆以大兴焉。”其二，取自地名。南宋程大昌《雍录·大兴城》载：新都“宫之太极殿本大兴村，故因用其名也”。其三，取其“大兴”的寓意，即要在此建立一个宏大一统、兴隆昌盛的新王朝。隋费长房《历代三宝记》卷十二载：“龙首之山，山原秀丽，卉物滋阜，宜建都邑。定鼎之基永固，无穷之业在兹，因即城曰大兴城。”
公元618年，李渊建唐，定都大兴城，将城名改为长安城。唐之所以改称长安城，一方面是因为“长安，本秦之乡名”。汉代建都于此，“因其县有长安乡，而取之以名也”。唐也承袭旧名，称长安城。另一方面也是因为“长安”的美好寓意，汉高祖给都城取名长安，“欲其子孙长安于此也”。长安城作为唐朝的国都，基本上沿袭了隋大兴城的规模和建筑布局，“唐高祖、太宗建都，因隋之旧，无所改剏，特取宫基故名而易之耳”。但是，随着唐代政权的发展和国力的增强，也多次对长安城进行增修，在宫殿、塔寺、城市引水等方面，都有新的发展，使其建筑更加宏伟，城市规制日臻完善。经过隋唐两代营建，长安城成为我国古代也是当时世界上最伟大的建筑工程之一。