这是一首绝妙的七律之作。首联写巫山庙的环境。颔联承上，由巫山神话，引出《高唐赋》的作者宋玉。最后两句进一步将自己的慨叹和惋惜推向高潮。诗中虽然写有宋玉，也是在写作者自己。寄托了作者的无奈和感伤。作者采用了先赋后比的写作手法，借以表达出内心深处的情怀。
“乱猿啼处访高唐，路人烟霞草木香”，这一句是从近景来描写的，读来仿佛身临其境通真。有不住的猿声，有缥缈的烟雾，有醉人的芳香，以声、色、味来构成了整幅立体画面。随着诗人先是进入凄厉神秘的处所，后才渐入迷人的佳境。
“山色未能忘宋玉，水声犹是哭襄王”，山色与水声对仗工整，同时一静一动，恰似一幅山水画。这是诗人远远观望的结果，是远景的描写。宋玉与楚襄王同是楚国人，此处引用二人的典故，更增加了高唐观的历史韵味，同时也吸引着诗人继续探寻。
“朝朝夜夜阳台下，为雨为云楚国亡”，宋玉《高唐赋》中描写神女在离开楚襄王的时候告辞说“妾在巫山之阳，高丘之阻，旦为朝云，暮为行雨。朝朝暮暮，阳台之下”。诗人在这里化用这些史实与典故，暗含规劝之意。作为一个乐妓，诗人能有如此见识，在韦皋及当时众人看来是大为叹服了，这样诗人的目的也就达到了。同时这一典故还有另一层寓示若君臣遇合之难。神女居于巫山之阳，中间有高丘阻隔，所以要想遇见知遇者，可谓难上加难。诗人在心中不断慨叹，自己空有文学诗才，而未遇到赏识者，是何其的不幸。
“怅庙前多少柳，春来空斗画眉长”，古人常用柳叶比喻女子的眉毛。诗人虽有满腹才华，但是在这样一个男权社会，她也不得不正视这一点，而为自己的不幸身世遭遇慨叹。这也许是对韦皋的一种故意试探，后来韦皋意欲授予其“女校书”职也正说明了诗人以退为进的聪明之举。
“粉壁为空天，丹青状江海”这两句运用铺叙的手法，描绘出一幅粉壁为天、下有江海的绝妙景致，意境极为开阔，易使读者产生激昂振奋的感觉。侧面表现出诗人超脱的想像力，虽写观画感受，却使读者如身临其境，表达出诗人在咏物题画等方面有相当高超的技巧。
“游云不知归，日见白鸥在”描绘一幅浮云飘泊不定、在烟云深处寻找鸥鸟身影的景致，意境极为幽闲，表现了作者隐逸的思想、追求自由的精神和旷达的情怀。此两句有紧扣上文，烘托气氛，皆写画中景物：天空、江海、浮云、白鸥，为下文写不志安的归隐之思作铺垫。
“博平真人不志安，沈吟至此愿挂冠”通过写借用博平真人不志安欲“挂冠”的归隐心，表露出诗人的江海之志。既是明写，亦是喻己。
“松溪石磴带秋色，愁客思归坐晓寒”运用融情于景的手法，笼罩在“秋色”中的“松溪”、“石磴”无不带有诗人、画家的感情因素。结得自然，而又落脚于“秋”字，自然地点明了寄诗抒怀的时间，从而联想到自已的身世，漂泊不定如浮云一般。“愁客”、“思归”，字里间处处充溢着客居思归的酸楚之情，让诗句意境显得清寂或清峭，情绪上则带着比较重的孤独感。
云、风、雷、电，天、海、月、日、涛，是李白爱入诗的事物。凌、挥、飞、吼，奔、卷、横、啸是李白最爱入诗的动词。此诗借用“空天”、“江海”、“游云”、“日见”、“带”、“坐”等有巨大气势的事物和表现大起大落的动词，使得诗意具有飞扬跋扈、迅猛阔大、不可一世的气势，易使读者产生激昂振奋的感觉，同时描写了画上的美景，又表达了思乡的感情。在诗歌格式上，五言与七言融合一体，也体现了李白不拘一格、自由奔放的诗歌特色。