明孝陵始建于明洪武十四年（1381年），翌年馬皇后去世，9月葬入孝陵，定名為“孝陵”。孝陵之名，取意于謚中的孝字，有“以孝治天下”之意，一說是馬皇后謚“孝慈”，故名。

明洪武三十一年（1398年），明太祖朱元璋于應天府崩殂，遂啟用地宮與馬皇后合葬。至明永樂十一年（1413年）建成“大明孝陵神功圣德碑”，整個孝陵建成，歷時長達30余年。其規模宏大，建筑雄偉，形制參照唐宋兩代帝王陵墓而有所增益。建成時圍墻內享殿巍峨，樓閣壯麗，南朝七十所寺院有一半被圍入禁苑之中。

當時從朝陽門（今中山門）至孝陵衛到陵墓西北所筑的皇墻有45華里長，護陵駐軍有5千多人。那時候陵園內亭閣相接，享殿中煙霧繚繞，松濤林海，養長生鹿千頭。鹿鳴其間，氣勢非凡。

明洪武十六年（1383年）孝陵享殿等主體工程基本完工，先后調用軍工10萬，至永樂三年（1405年）建成，歷時25年。其總體布局分兩部分：一是導引建筑的神道，二是陵寢主體建筑。

明洪武三十一年（1398年），明太祖朱元璋于去世，禮葬孝陵。朱元璋及其皇后合葬的地宮俗稱“寶城”，是一個直徑約400米的圓形大土丘，它的四周有條石砌成的石壁。

明建文四年（1402年）六月，燕王朱棣攻陷南京，宮中火起，建文帝不知所終。諸王群臣紛紛上表勸進，朱棣在象征性的推辭兩次后，于己巳日，“謁孝陵”，雖然“唏噓感慕，悲不能止”。

有明一代，南京明孝陵一直是祖宗根本之地，備受尊崇。每歲有固定三大祭、五小祭。凡遇國之大事，均需遣勛戚大臣祭告。 清代前期在滿漢矛盾沖突之下，清代統治者處于政策的需要，也必須籠絡廣大漢民族以加強統治，受漢文化影響，對明陵實施保護政策。

清順治元年（1644年）五月，全國局勢未穩之際，攝政王睿親王多爾袞“遣大學士馮銓，祭故明太祖及諸帝”。

清順治二年（1645年）五月初，豫親王多鐸平定江南，本月中旬進駐南京城，二十七日就“謁明陵，命靈谷寺僧修理”。七月，又“遣內官正副二員，陵戶四十名，守明陵”。

清康熙二十三年（1684年），康熙帝首次次南巡到達金陵，親往孝陵拜祭?！吧嫌绅琅孕校I扈從諸臣皆于門外下馬。上行三跪九叩頭禮，詣寶城前行三獻禮；出，復由甬道旁行。賞賚守陵內監及陵戶人等有差。諭禁樵采，令督撫地方官嚴加巡察。”其謁陵態度之恭敬，禮數之尊崇，出乎大多數人的意料?！案咐蠌恼邤等f人，皆感泣”。

清康熙三十八年（1699年）玄燁下江南拜謁孝陵，題“治隆唐宋”碑于碑亭。

明清鼎革，明孝陵仍享有崇高的地位。尤其是康乾年間，康熙南巡，六次遣官拜祭，五次親往謁陵；乾隆六次南巡，更是次次至明孝陵“拈香奠酒”。且二人祭拜時均行三跪九叩之大參禮，可謂優渥有加。被時人譽為“禮文隆渥，逾于常祀，是乃千古盛德之舉”。

清咸豐年間，太平天國戰火幾乎讓明孝陵地表建筑毀于一旦，康熙手書御碑倒地破碎。

清同治三年（1864年）九月，時任兩江總督曾國藩奉詔祭陵，著手修復明孝陵。當時，曾國藩派員勘估，明孝陵維修實際需白銀20萬兩，但是清朝財政拮據，結果最后只用了740兩銀子做了一些小維修，“治隆唐宋”御碑被扶起粘合。原本人們可以從石碑左右二邊繞過，而在1980年代以后，整個石碑左右都被水泥所固定，一直到屋頂；所以要先從御碑殿出來，才可以看到龜趺的后面。

清宣統元年（1909年）兩江洋務總局道臺和江寧府知府會銜于文武方門前豎立特別告示碑，用來告誡相關世界各國游客不要在此亂涂亂畫。

民國元年（1912年）2月15日，孫中山攜南京臨時政府官員謁祭明孝陵，并擬祭文。前排左三為南京臨時政府南京衛戍總督徐紹楨，左四為陸軍總長黃興，左五為臨時大總統孫中山，左六為海軍總長黃鐘瑛，左七是教育總長蔡元培。

1961年，明孝陵被公布為首批全國重點文物保護單位。

1997年起，文物工作者利用精密磁測等高科技手段對孝陵進行長達6年的考古勘探和研究證實，歷史上沒有一次能夠盜掘成功。之所以至今保存完好，是明孝陵的特殊防盜措施、歷史機緣以及地理位置共同決定的。

2003年7月，第27屆世界遺產大會上，明孝陵作為“明清皇家陵寢”擴展項目被列入《世界遺產名錄》，其周邊的明功臣墓，常遇春墓、仇成墓、吳良墓、吳楨墓及李文忠墓等5座功臣墓也同時被劃入世界遺產保護范圍。

世界遺產委員會評價：明清皇家陵寢依照風水理論，精心選址，將數量眾多的建筑物巧妙地安置于地下，它是人類改變自然的產物，體現了傳統的建筑和裝飾思想，闡釋了封建中國持續五百余年的世界觀與權力觀。明清皇家陵寢分布于北京、湖北、遼寧、安徽、江蘇等地，是中國明清兩朝皇帝陵寢建筑群，按照嚴格的等級規制營建，具有完整的地上、地下建筑體系，布局嚴謹，規模宏大，建筑華美，工藝精細，體現了中國封建社會最高的喪葬制度。

歷經600余年的風雨之后，寶城墻體出現了局部坍塌，墻面剝落，個別地方因為地基沉降逆向撕裂而形成巨大裂縫。南京市文物部門先后投資300多萬元，采用東南大學古建筑專家的保護方案，按照修舊如舊的要求，對墻體進行了維修，如“縫合”裂縫，整平“墻面”，對變形的墻體進行修補和防水防滲漏“手術”。為方便游客一睹“龍脈”真容，還修建了一條青石板游覽步道，讓游客能登上寶頂看到明孝陵全貌。

2008年6月，南京明孝陵方城明樓加頂保護工程開工。

2009年2月，明孝陵博物館正式對公眾免費開放，是關于明太祖朱元璋、世界文化遺產明孝陵和南京明文化的專題展館，新館外觀采用了明清時期江南地區的建筑風格，白墻、灰瓦、雕花木門、坡頂屋面、馬頭墻、花格窗等典型元素的運用，使得整體建筑與周邊明孝陵遺存的大金門、四方城等文化遺址和草木蔥郁的自然環境相協調，這也與600多年前明孝陵“天人合一”的建造理念不謀而合。

2012年5月，四方城，即大明孝陵神功圣德碑亭，修繕加頂工程開工。

2013年7月，四方城加頂保護工程完工。