这首诗咏怀石头城，表面看句句写景，实际上句句抒情。诗人写了山、水、明月和城墙等荒凉景色，写景之中，深寓着诗人对六朝兴亡和人事变迁的慨叹，悲凉之气笼罩全诗。
诗一开始，就置读者于苍莽悲凉的氛围之中。
开头两句写江山如旧，而城已荒废。山围故国周遭在，首句写山。山围故国，故国即旧城，就是石头城，城外有山耸立江边，围绕如垣墙，所以说山围故国。周遭，环绕的意思。潮打空城寂寞回，这句写水。潮打空城，石头城西北有长江流过，江潮拍打石墙，但是，城已荒废，成了古迹，所以说潮打空城。这两句总写江山如旧，而石头城已荒芜，情调悲凉，感慨极深。
后两句写月照空城。淮水东边旧时月，旧时月，诗人特意标明旧时，是包含深意的。淮水，即秦淮河，横贯石头城，是六朝时代王公贵族们醉生梦死的游乐场所，这里曾经是彻夜笙歌、纸醉金迷、欢乐无尽的不夜城，那临照过六朝豪华之都的旧时月即是见证。然而曾几何时，富贵风流，转眼成空。如今只有那旧时月仍然从秦淮河东边升起，来照着这座空城，在夜深的时候，还过女墙来，依恋不舍地西落，这真是多情了。然而此情此景，却显得更加寂寞了。一个还字，意味深长。
李白《苏台览古》有句云：“只今惟有西江月，曾照吴王宫里人。”谓苏台已废，繁华已歇，惟有江月不改。其得力处在“只今惟有”四字。刘禹锡此诗也写江月，却并无“只今惟有”的限制词的强调，也无对怀古内容的明点。一切都被包含在“旧时月”、“还过”的含蓄语言之中，溶铸在具体意象之中，而诗境更浑厚、深远。
诗人把石头城放到沉寂的群山中写，放在带凉意的潮声中写，放到朦胧的月夜中写，这样尤能显示出故国的没落荒凉。只写山水明月，而六代繁荣富贵，俱归乌有。诗中句句是景，然而无景不融合着诗人故国萧条、人生凄凉的深沉感伤。
诗人在朝廷昏暗、权贵荒淫、宦官专权、藩镇割据、危机四伏的中唐时期，写下这首怀古之作，慨叹六朝之兴亡，显然是寓有引古鉴今的现实意义的。江城涛声依旧在，繁华世事不复再。诗人怀古抒情，希望君主能以前车之覆为鉴。
上阳宫宫女很多，有些宫女从未得到皇帝接见，终身等于幽禁宫中。古代宫女生活相当痛苦。所以诗序有“愍怨旷也”的说法。“愍”，同情。“怨旷”，指成年了没婚配的人。女人称“怨女”，男人称“旷夫”。这里偏指怨女。
开头几句是说，上阳那老宫女，青春红颜悄悄地、不知不觉地衰老了，而白发不断地新生。太监把守的宫门，自从宫女们被关进上阳宫以后，一幽闭就是多少年过去了。“玄宗末岁”指唐玄宗天宝末年（天宝年间为742年—756年），当时女子刚被选入宫中，才只有十六岁，一转眼已到六十了。同时从民间采择来的宫女有百十多个，一个个都凋零死去了。多年后只剩下这一个老宫女了。“绿衣监”，是唐代掌管宫闱出入和宫人簿籍的太监。从七品下，六、七品官穿绿色官服。“入时十六今六十”，这里的岁数不是实指，而是指进去时很年轻，等几十年过后已经很老了。这几句概述了上阳宫女被幽闭在上阳宫达半个世纪之久，写出了她凄惨的一生，以充满哀怨忧郁之情的笔调，总括了全诗的内容，有统摄全篇的作用。
接着转入该诗的主要部分，写她入宫后的遭遇及幽闭后的愁苦。“忆昔吞悲别亲族，扶入车中不教哭。皆云入内便承恩，脸似芙蓉胸似玉。” 这四句写她当年别亲入宫的悲恸场景，意思是说，回想当年离别亲人时，她忍悲吞声被家人扶进车里边，并嘱咐她不要哭。因为她长的很美，身材也很好，大家都说你一入宫里就会受到皇帝恩宠的，可事实并非如此。“未容君王得见面，已被杨妃遥侧目。妒令潜配上阳宫，一生遂向空房宿。” 这四句写她进宫之后，被妒潜配上阳宫的悲惨结局。她来到宫中，还没容得君王看见她，就已被杨贵妃发现了，远远地对她加以侧目而视。由于嫉妒，杨贵妃就派人下令把她发配到上阳宫，于是她的一生就在空房度过了。至此，这位年仅十六岁的妙龄少女，一生命运就这样决定了。
接下来围绕着潜配上阳宫后的情景展开了层层描写。“宿空房，秋夜长，夜长无寐天不明。耿耿残灯背壁影，萧萧暗雨打窗声。”这几句写她宿空房被幽闭时的痛苦。因为夜长，她睡不着盼天亮，但天色又迟迟不明。就在残灯、壁影，萧萧暗雨之中度过去了。这是写秋夜的漫长。“春日迟，日迟独坐天难暮。宫莺百啭愁厌闻，梁燕双栖老休妒。” 春天白天长，虽然春光好，但她是孤独一人坐在那儿，所以天越长越难挨，越难往下熬过去。所以总是希望天快点黑。可天又长，很难黑。空中飞来的莺鸟叫得很好听，但她愁绪难展不愿听；春天燕子来了，在梁间做窝，总是双栖双宿，可她已老了无需去妒忌燕子的双栖双宿了。作者选择“秋夜”和“春日”两个典型时间，来概括上阳宫女四十四个年头的凄怨生活。写“秋夜”是“耿耿残灯”、“萧萧暗雨”等愁景；写“春日”，是“宫莺百燕双栖”等乐景；愁、乐交杂，相反相成，以景衬情，既渲染了凄恻哀怨的悲剧气氛，又细致、含蓄地反映了上阳宫女孤寂愁苦的心理。
“莺归燕去长悄然，春往秋来不记年。唯问深宫望明月，东西四五百回圆。”这四句总写幽禁深宫时间之久。“莺归燕去”表示春天过去了，春往秋来，她总是这单调度过，不记得哪个年头了。只是因为在深宫常常看月亮，似乎还记得从东边升起，西边落下，大约有四五百回了。
以上为该诗主体部分，描写老宫女一生的痛苦。
“今日宫中年最老，大家遥赐尚书号。小头鞵履窄衣裳，青黛点眉眉细长。外人不见见应笑，天宝末年时世妆。” 这几句是说，她已成了宫中最老的一个宫女了。皇帝住长安，所以遥赐她一个尚书官衔。穿小头鞋窄衣裳，用青黛画细长细长的眉。外人是看不到的（因在宫中），如果一旦看到她了，谁都要笑的。因为这种小头鞋窄衣裳画细长眉，都是唐玄宗时流行的一种服装打扮，落后了半个世纪了，成了老古董。“大家”，指皇帝。唐朝宫中口语。“尚书号”是对老宫女的安慰，但这对一个女人来说是无济于事的。这六句以描绘她所穿天宝妆束，来反映她长期深锁冷宫、与世隔绝的凄惨境况，于貌似轻松平和的调侃笔调中，对最高封建统治者进行辛辣的讽刺。
“上阳人，苦最多。少亦苦，老亦苦，少苦老苦两如何。君不见昔时吕向美人赋，又不见今日上阳宫人白发歌。”末尾这几句是说，上阳宫女苦是最多的。年轻也苦，到老了也苦。这两方面的苦具体是怎样的，不用往下说了。这叫“卒章显其志”。“君不见”两句下面白居易自注：“天宝末，有密采艳者，当时号花鸟使，吕向献《美人赋》以讽之。”天宝末年有到民间采集美女的叫花鸟使，当时吕向献《美人赋》来讽谏这件事）意思是，那还要读读作者这篇上阳白发歌。这里以天宝年间吕向的《美人赋》与此诗并提，对一直没有改变的广选妃嫔制度进行讽谏，表现了诗人对宫女不幸命运的恻隐之情。
这首诗的主题明确。作者在诗中以哀怨同情、如泣如诉的笔调，描述了上阳宫女“入时十六今六十”的一生遭遇，反映了无数宫女青春和幸福被葬送的严酷事实，从而鞭挞了封建朝廷广选妃嫔的罪恶，在客观效果上，具有揭露、控诉封建最高统治者荒淫纵欲、摧残人性的作用。如此深刻、尖锐的政治讽谕诗，在唐代众多的宫怨题材诗作中，是极为少有的。
这首诗选材十分典型。作者没有罗列众多宫女的种种遭遇，而是选取了一个终生幽禁冷宫的老宫女来描写，并重点叙写了她的垂老之年和绝望之情。通过这个具有典型意义的人物，高度概括了无数宫女的共同悲惨命运。该诗以人性之被摧残去激动人心，也使作者所要表达的意义更富有尖锐性。
在艺术上，此诗作者运用多种手法来刻画上阳宫女的形象：
生动的细节描写是其一。如对“天宝末年时世妆”的描写，形象地表明上阳宫女幽闭深宫、隔绝人世之久。用衣着落后半个世纪这一外在的表现，说明一个女人如花岁月，似水年华被毫无意义地践踏了，她一生都没有获得人之所以为人的价值和意义，艺术表现的容量是相当大的，足以诱发读者的想象力。
细腻的心理描写是其二。如“宫莺百啭愁厌闻，梁燕双栖老休妒”两句，包孕着一个从原先的喜闻、羡妒到今日的厌听、不妒的心理演变过程；它们与“春往秋来不记年”、“唯向深宫望明月，东西四五百回圆”等诗句，均反映了上阳宫女对生活、爱情已失去信心的麻木心态，是她愁苦绝望心理的细致刻画。
环境氛围的烘托是其三。从“宿空房”至“东西四五百回圆”这一精彩片断，通过渲染上阳宫环境的死寂、凄凉，衬托出生活在这座人间地狱中的上阳宫女的孤苦。
从全诗来看，作者在写宫女的幽闭生活时，叙事、抒情、写景三者结合，诗句间具有浓郁的悲剧氛围。 这首诗的语言具有质朴平易、“意深词浅，思苦言甘”（袁枚《续诗品》）、“用常得奇”（刘熙载《艺概》）的特点，充分发扬了乐府民歌语言的优良传统。全诗以七字句为主，又时或掺杂三字句等，长短相间、错落有致。而“顶针”手法的运用，及音韵转换之灵活，则使诗读来琅琅上口，有一气流转之妙。
此诗讽隋炀帝效法陈后主骄奢淫逸以至亡国。先写陈后主曾经繁华一时的故宫如今已成荒草废墟。再写隋炀帝步陈后主后尘，极尽奢侈之能事，尤以此之骄奢对比彼之荒墟，这种极大的反差颇具讽刺意味。就如老子所言，物极必反、盛极必衰，当隋炀帝和他的国家走到盛极之时，也就是到了“四方倾动烟尘起”之时。果然，隋朝距离灭亡已经很近很近了，仅仅渡过区区一条西江水隋炀帝就可以去地下找陈后主聊聊荒淫亡国之事了。
据《隋遗录》记载，隋炀帝一日游乐江都时，恍恍惚惚中感觉似与陈后主相遇，二人先以彼此的爱妃相比，然后陈后主又问隋炀帝道：“你的龙舟之游欢乐么？我原来以为你是尧舜那样圣明的君王，今天一看，原来也是个贪图享乐之人。既然你我同是这类人，当年你们父子又凭什么以昏庸无道之罪灭掉我的国家呢？”