茂陵陪葬墓現已發現有13座，武帝寵愛的李夫人墓在茂陵西北，其餘陪葬墓均在茂陵以東，有衛青墓、霍去病墓、金日碑墓和霍光墓等。
陵園東麵是武帝的原廟，稱“龍淵宮”，是後代祭祀時放武帝衣冠的地方。寢殿與原廟間有一條規整的通道，稱為“衣冠所出之道”。每當祭祀時，負責此事的人就把武帝的衣冠由寢殿迎出，經此道送進廟中，接受百官謁拜，祭奠後又經此道將衣冠送回寢殿安放。
在茂陵東南350米處有一處白鶴館遺址。傳說，白鶴館是寢殿的附屬建築，是用來供墓主遊樂的，是一個不規整的長方形土台，東西約為53米，南北40米，高5米。據史料載，茂陵周圍還建有供墓主遊樂的“馳逐走馬館”和“西園”，但是今天這些建築已經沒有了蹤跡。
陵園往東是茂陵邑遺址，始建於建元二年（公元前139年）。當年，漢武帝為了繁榮茂陵的經濟，不斷遷徙眾多的文武大臣、豪富、名門定居於茂陵邑。由於人口逐年增加，後改邑為縣，戶數多達6萬餘個，人口有26萬。當時茂陵縣人口之多，為西漢“五陵”之冠。當時久居長安的達官顯貴，如董仲舒、司馬遷、郭解、司馬相如等人後來都遷居在此。對徙居茂陵的人，武帝都賜他們錢20萬，田2頃。
沒有與皇後合葬的皇帝
漢武帝是西漢王朝唯一一位沒有與皇後合葬的皇帝，為什麼會是這樣？從陳阿嬌到衛子夫，劉徹為什麼沒有選一位皇後與自己合葬，而隻是弄了一個李夫人陪葬在自己陵墓的西北？他東北角的皇後陵位為什麼一直空著？
依照漢製，帝王陵的東北角是專為皇後留的合葬墓的墓址。可是，在茂陵的東北角沒有墓穴。也就是說，漢武帝劉徹根本就沒有與任何一個皇後合葬。這是為什麼呢？
在漢武帝的身邊，前後共有4個女人得寵，她們分別是前皇後陳阿嬌、皇後衛子夫、李夫人以及鉤弋夫人。在這4個女人當中，漢武帝對衛子夫的感情最深，她也是最有資格陪伴漢武帝葬在茂陵的人，她光在皇後位上就待了38年，即使後來漢武帝寵幸李夫人，也依然沒有要廢後的想法。可是，既然劉徹對衛子夫感情如此之深，為什麼衛子夫死後沒有陪伴在他的身旁呢？
原來，元封五年（公元前106年），大將軍衛青病逝後，皇後衛子夫和太子劉據就失去了最有力的後援。衛子夫皇後的位子雖在，卻很少見到皇帝，此時的漢武帝早已流連在那些年輕貌美的嬪妃身邊了，對年老色衰的衛子夫已經沒有了興趣。而同時，太子和漢武帝由於觀點不一致，再加上宮中好事者的參與，他們的關係也到了僵持階段。後來，佞臣江充通過製造“巫蠱事件”使武帝和太子發生了父子相殘的悲劇。
因為這次事件，太子最後兵敗自殺，皇後衛子夫，即太子的母親也自殺身亡。雖然後來經過調查，武帝明白太子的行動是被逼上絕路，並不是陰謀造反，但是死掉的人是不能重生了，武帝為自己的衝動內疚，命建思子宮，在太子殉難的湖縣築歸來望思之台。雖然他已經意識到自己的錯誤了，但是他最後並沒有提及衛皇後的安葬事宜。他不發話，那些屬下自然沒有人敢擅自做主。這樣，衛子夫從此沒有了入帝陵陪伴君王的資格。
對於劉徹的第一位皇後陳阿嬌，早在衛子夫之前，漢武帝已經把她打入冷宮，讓其自生自滅，自然沒有什麼資格入住茂陵。
除了這兩位皇後，另兩個女人為什麼也沒有資格陪葬漢武帝呢？
在衛子夫皇後自殺之前的兩三年，一次武帝巡行至河間，偶見一美麗少女，武帝被她的美麗所傾倒，便帶回了宮。進宮不久，這個少女就為六十四五歲的劉徹生下了最小的孩子劉弗陵，並因此晉封為婕妤，號鉤弋夫人。可是等到劉弗陵長到五六歲時，越發的聰明可愛，讓劉徹動了要冊立他為太子之心。為了防止鉤弋夫人成為另一個呂雉，劉徹就找了個芝麻粒大小的過錯處死了鉤弋夫人，讓她成為有罪之人。這樣，即使劉弗陵將來登基，鉤弋夫人娘家的兄弟們就沒有了進朝為官的資格。既然鉤弋夫人是一個有罪之人，劉徹當然不會讓她與自己合葬，因此剩下的就隻有李夫人有這個可能了。
在漢武帝的這4個女人中，李夫人算是下場最好的人了，李夫人因為自己的聰明換來了一個陪伴武帝身旁的資格。
李夫人出身歌舞姬，是宮廷樂師李延年的妹妹。漢武帝因為她姿容豔麗、能歌善舞而寵愛有加。不過，李夫人紅顏薄命。重病之後，劉徹三番五次地前去探望她，可是每次李夫人都用被子蒙住自己的頭，死活不讓劉徹看到她的容顏。其實，那是她的容顏因為病症的緣故，已經變了樣子。她知道皇帝喜歡她，完全是由於她的容貌，如果被皇帝看到自己容顏盡失的樣子，他一定會很快疏遠自己，不會再對自己有什麼好感了。所以，李夫人就用拒見劉徹的這種方法，一直讓劉徹在心裏記住她美好的樣子。這也正是她的聰明之處，直到死，依然沒有讓劉徹厭惡，也從而有了被安葬在武帝旁邊的資格。
昭帝即位後，大將軍霍光按武帝的旨意，上奏昭帝，追尊李夫人為“孝武皇後”。這樣，李夫人就成了唯一一個守在茂陵劉徹旁邊的女人。
不過也有人說，李夫人的墓隻是一個衣冠塚，她真正的墳墓並不在茂陵，而是在其他的地方。當時漢武帝死後，霍光見他的身旁沒有一個女人陪葬，就臨時拿了些李夫人的衣冠，在茂陵旁邊建了一座衣冠塚，作為茂陵的陪葬墓。這個說法當然隻是—個傳說，不能妄下斷言，真相隻有那些地下的人知道了。