《史记》全文一百三十篇，自司马迁殁就有十篇散失。西汉博士褚少孙补之。但其中有些也有可能更有后人补之，如《孝武本纪》摘抄于《封禅书》，褚少孙虽才识不足也不至于如此。另有唐司马贞补《三皇本纪》。《史记》内容记载自传说中的黄帝以来至汉武帝时期以来的历史，共分成《本纪》、《表》、《书》、《世家》和《列传》五个主题，加上最后的《太史公自序》又细分成一百三十个章节。其中：
《本纪》 是“天下”统治者的事迹，“网罗天下放失旧闻，王迹所兴，原始察终，见盛观衰……著十二本纪，既科条之矣。”。《本纪》实际上就是帝王的传记，因为帝王是统理国家大事的最高的首脑，为他们作纪传而名之曰“本纪”，正所以显示天下本统之所在，使官民行事都有一定的纲纪的缘故。
同时，《本纪》也是全书的总纲，用编年体的方法记事。在“本纪”的写作中，司马迁采取了详今略远的办法，时代愈远愈略，愈近愈详。“本纪”托始黄帝，是因为黄帝是中华民族的始祖，又是“正名百物”的祖师。将项羽列入“本纪”，一是秦汉间几年“政由羽出”，一是推崇其人格。
《表》 以表格的方式排列整理事件次序或历史动态，“并时异世，年差不明，作十表。”。“表”，所以列记事件，使之纲举而目张，以简御繁，一目了然，便于观览、检索。
《书》 记述有关历代典章制度，“礼乐损益，律历改易，兵权山川鬼神，天人之际，承敝通变，作八书”。“书”是记载历代朝章国典，以明古今制度沿革的专章，非是熟悉掌故的史家，是无法撰写成书的。班固《汉书》改称“志”，成为通例。“书”的修撰，为研究各种专门史提供了丰富的资料。
《世家》 描述影响深远的家系或贵族事迹，“二十八宿环北辰，三十辐共一毂，运行无穷。辅拂股肱之臣配焉，忠信行道，以奉主上，作三十世家。”。“世家”是记载诸侯王国之事的。这因诸侯开国承家，子孙世袭，也就给了他们的传记叫做世家。从西周的大封建开始，发展到春秋、战国，各诸侯国先后称霸称雄，盛极一时，用“世家”体裁记述这一情况，是非常妥当的。司马迁把孔子和陈涉也列入“世家”，是一种例外。孔子虽非王侯，但却是传承三代文化的宗主，更何况汉武帝时儒学独尊，孔子是儒学的创始人，将之列入“世家”也反映了思想领域的现实情况。至于陈涉，不但是首先起义亡秦的领导者，且是三代以来以平民起兵而反残暴统治的第一人，而亡秦的侯王又多是他建置的。司马迁将之列入“世家”，把他的功业和汤放桀，武王伐纣，孔子作《春秋》相比，将他写成为震撼暴秦帝国统治、叱咤风云的伟大历史英雄，反映了作者进步的历史观。
《列传》 呈现的是历史上各类人物的历史表现与社会的种种样貌，“扶义倜傥，不令己失时，立功名于天下，作七十列传。”。“列传”是记载帝王、诸侯以外的各种历史人物的。有单传，有合传，有类传。单传是一人一传，如《商君列传》、《李斯列传》等。合传是记二人以上的，如《管晏列传》、《老庄申韩列传》等。类传是以类相从，把同一类人物的活动，归到一个传内，如《儒林列传》、《循吏列传》、《刺客列传》等。司马迁把当时中国四周少数民族的历史情况，也用类传的形式记载下来，如《匈奴列传》、《朝鲜列传》、《大宛列传》等，这就为研究中国古代少数民族的历史，提供了重要的史料来源。
七十篇列传的最后一篇，是《太史公自序》，把自序摆在全书的最后，这是古代学者著书的惯例。
总之，司马迁写作《史记》以“本纪”叙帝王，以“世家”载诸侯，以“列传”记人物，以“书”述典章制度，以“表”排列大事，网罗古今，包括百代，打破了以年月为起迄如《春秋》的编年史、以地域划分如《国语》的国别史的局限，创立了贯穿古今和社会生活各个方面的通史先例，成为正史的典范。
不同于以往的史书，《史记》的写作方式首开纪传体之先河：以描写人物的生平为主，年代先后为副。至此以后，尚有《汉书》、《三国志》和《后汉书》等史著仿效该体，让纪传体成为唐代以后官方史著所采用的主流写作方式。赵翼《廿二史札记》云：“司马迁参酌古今，发凡起例，创为全史，本纪以序帝王，世家以记侯国，十表以系时事，八书以详制度，列传以志人物，然后一代君臣政事贤否得失，总汇于一编之中。自此例一定，历代作史者，遂不能出其范围，信史家之极则也。”
《史记》的文章可分成两个部分：前面的正文是人物的生平描述，这部分皆以代表性事件或逸事衔接交杂而成；正文后面会加上作者的评论或感想，通常以“太史公曰”为起头，内容或有作者的个人经历，或有对人物的评价，或有收集资料的过程，但仍以评论题材人物的性格与行事为主，这也呼应司马迁在自序中“究天人之际”的写作目标。
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