元世祖忽必烈在金中都東北郊的瓊華島離苑的基礎上興建了萬壽山內苑，又以萬壽山內苑為中心營建了元大都城。至元十一年（公元1274年）元朝廷遂設儀鸞局管理宮城事務，萬壽山內苑歸屬儀鸞局管理。儀鸞局負責掌管宮內苑內的殿堂陳設，燈燭以及殿堂門戶的鎖匙之事，還負責管理苑內的龍舟及靈囿中珍禽異獸的飼養之事。儀鸞局的最高官吏為正五品，下領水手、牙人、禁蛇人等230餘戶，又設負責保衛宮內苑內門戶安全的輪值怯薛大使4人（正五品），副大使兩人及值長2人。至元十九年（公元1282年），元朝廷設置大都留守司，掌守大都宮闕，兼理營繕都宮、原廟、內園花木及元帝行幸、湯沐，宴遊之事，還負責宮內苑內的門鎖啟閉。
明滅元後，洪武元年（公元1368年）明軍攻占了元大都，曾對元大都宮室進行毀壞，但萬壽山內苑基本沒有毀掉，為明代沿用。永樂十八年（公元1420年），明朝廷自金陵（今南京市）遷都北京，在此之前，明朝廷進行了長期的興建北京新都的工程，在營建新都的同時對元遺萬壽山內苑也進行了營葺擴建。由於原萬歲山（即萬壽山）南麵的儀天殿小島一帶位處新宮城內南北及東西禦道交叉地帶，為此，明朝廷將儀天殿小島東麵的木橋拆除，小島與太液池東岸之間的湖泊被填平為陸地，形成了今日團城的地理狀態。除此以外，明代對萬歲山的元遺建置仍予保留，如對萬歲山上的廣寒殿的修複，成祖朱棣還親自過問，命勿毀，以垂鑒戒。
明代西苑其範圍包括元遺萬壽山內苑和苑西隆福宮，興聖宮的一部分以及明代擴建的南台（今南海瀛台）湖泊，並開拓了西苑東、北、西沿湖地區、增添了一些殿宇，其東岸垣外為圓明閣、石作，大高玄殿，冰窖等。再往東為大內鎮山（今景山），北岸垣外有越橋，教場等。北麵什刹海（元稱積水潭）之水自越橋下流入太液池。西岸垣外有虎城，清馥殿、玉熙宮等。
明代西苑萬歲山的全麵修葺始於永樂年間，清人孫承澤《春明夢餘錄》上載，元萬壽山，儀天殿及明成祖建宮闕，益加修治。明人張居正《太嶽集》載:皇城北苑中有廣寒殿，瓦甓已壞，榱桶猶存，相傳為遼蕭太後梳妝樓。成祖定鼎燕，命勿毀，以垂鑒戒。至萬曆七年（公元1579年）五月，忽自傾圮。其梁上有金錢百二十文，蓋鎮物也。上以四文賜予，其文曰‘至元通寶’。換至元乃元世祖紀年，則殿創於元世祖時，非遼時物矣。成祖之後，宣宗、英宗、世宗等幾朝皇帝都對西苑進行大規模的修葺，把太液池東、西、北三岸作為建設重點而精心設置建築群。最突出的是在圓坻上修複儀天殿，改稱承光殿，並在圓坻的南麵小島上修建了犀山台圓殿，把圓坻東邊木橋下麵填土與陸地連接，同時把元時由圓坻通向西岸的木吊橋改建為一座大石橋，橫跨太液池東西。橋頭建牌坊，分稱金鼇，和玉崠，因此這座大石橋就稱之為金鼇玉崠橋。由於這座大橋的興建，太液池也就自然地截分為二，再加上明代開鑿的太液池南麵的湖泊，就形成了自北而南互相聯係的三處湖泊，金鼇玉崠橋迤北為北海，橋迤南為中海及南海，後來人們把太液池叫作西苑三海，就是由此演變而來的，而太液池這個名字漸漸被人們遺忘了。
嘉靖四十五年（公元1566年）穆宗朱載星節儉治國，廢除世宗朝盛行的醮祀宴遊等靡費之風，拆毀了西苑內大量的醮祀遊宴之所，西苑宮殿悉毀。此後西苑萬歲山趨於衰落。雖萬曆年間神宗朱詡均在北岸建築了乾德殿、五龍亭以及後來修建了大西天經廠，但終壞者多而建者少。明末，西苑萬歲山苑中除承光殿，大西天經廠、五龍亭及亭北的齋館尚存外，其餘大部分建置已基本荒廢。
明代的西苑萬歲山基本上保持了元代萬壽山格局，所不同的是元代以前園林建置集中在萬歲山上，而明代對太液池北部沿岸的拓建，奠定了今天北海東、北岸部分景觀的基礎。
西苑萬歲山的建置及園林布局為，萬歲山前有三門，門後倚山有殿，配置琴台、棋局、石床、翠屏等建築，山上立石為峰，並修築有許多假山岩洞，稱為虎洞，呂公洞等，並有一仙人庵。天啟年間（公元1621年—1627年），司禮秉筆太監魏忠賢將山上的部分太湖石拆毀。山石間植有各種佳木異草，山腰仍是並列三殿，中為仁智殿，左為介福殿，右為延和殿，山頂處仍是簷楹疊飛，高插雲際的廣寒殿。其殿皆線金珠，瑣窗綴以金鋪，內外有一十二撤，皆繞刻龍雲，塗以黃金，左右後三麵，則用香木鑿金為祥雲，數千萬片擁結，於頂仍盤金龍；殿內清虛，寒氣道人，雖盛夏亭午，暑氣不到，殊覺曠蕩簫爽，與人境異。可見明時的廣寒殿體現了神仙宮苑的浪漫境界。廣寒殿的左右，仍為方壺、瀛洲、玉虹、金露四座亭子，瀛洲之西有一井，以其深莫測而享名。
由萬歲山的東麵過石橋，轉峰而北，麵臨太液池，建有凝和殿，殿左配以擁翠亭，殿右為飛香亭。沿太液池北行，有宏濟神祠，是祭祀水神的地方，再往北行，則是船塢，為存放龍舟的地方。船塢為兩間水殿組成，一藏龍舟，一藏鳳舸，龍鳳船首尾刻龍鳳形，船上築有樓台，用金粉及各種彩色油飾，船塢內還係有幾隻采蓮小船。再北，有八聖居、演妙室、輔國堂、馭仙次、精馨室、靈安室、寶淵門、清一齋、耀電室、靈雨室、噓雪室、嘯風室、轟雷軒、壇城、洪應殿等殿堂建築。雷霞洪應殿北有金海神祠，嘉靖二十二年（公元1543年）改名宏濟神祠。太液池的東北為閘口，建有湧玉亭，相當於今北海後門閘口處，蠱靖二十二年（公元1543年）改名彙玉渚西亭。太液池北岸建有大西天經廠，其位置相當於今北海西天梵境院落，大西天經廠為兩進院落，前院有山門及大慈真如寶殿，後院有院門及後殿，經廠內貯存經板狀況無考。乾德殿位於北岸何處不詳，萬曆二十九年（公元1601年）建，萬曆三十三年（公元1605年）三月改名乾德閣，天啟元年（公元1621年）熹宗朱由校將此殿拆毀，天啟四年（公元1624年）在乾德殿故基上建嘉豫殿，殿前有門，稱延景門。大西天經廠迄西有內教場，相當於今澂觀堂，闡福寺北部一帶，內教場為明帝檢閱兵馬之所。在太液池北岸西端有太素殿，相當於今闡福寺處，殿為白色，頂覆茅草，太素殿前有溥惠門，兩側有素左、素右二門（廢於天啟七年）。太素殿後有歲寒亭、草亭，上畫鬆竹梅。太素殿溥惠門外東麵有遠趣軒，軒前有會景亭。太素殿溥惠門南麵有雩殿，殿前設有雩禱之壇。還建有兩座牌坊，南為福渚，北為壽嶽。福渚牌坊南麵太液池邊建有五龍亭，五亭自東向西分別為：滋香亭、澄祥亭、龍澤亭、湧瑞亭、浮翠亭。五龍亭建於萬曆三十年（公元1602年），存留至清代，五龍亭的興建是明代對北海園林最突出的貢獻。
太液池西岸北部有天鵝房，連屋數間及竹編禽籠，引太液池水入內，以育禽鳥。天鵝房迤西有虎城和牲口房，相當於今北海西北牆外一帶，虎城圍以城牆，城內排列有飼養虎豹的小井，井內裝有鐵柵欄以檻虎者。牲口房位於虎城旁，內飼珍禽異獸，虎城與牲口房同廢於明末崇禎年間。太液池西岸還有映輝亭、飛靄亭、迎翠殿、澄波亭、浮香亭、寶月亭等建築。
明時還重修了儀天殿小島，城垣改為圓形砌磚，（元代為石徹，明代改之），上有雉堞（即箭垛），城垣東西各有一門，門內有上城蹬道。承光殿位於城上正中，殿周圍有金代所植古鬆三株，崇禎五年（公元1632年）一株枯死，被刨除。
西苑萬歲山地處明皇宮（紫禁城）近旁，是京城內規模最大的皇家園林，也是明皇室在京師遊幸活動的主要場所。宣德三年（公元1428年）宣宗朱瞻基奉皇太後遊西苑，親扶太後轎輿登萬歲山，為太後敬酒祝壽；宣德七年（公元1432年）七月，宣宗登萬歲山，周覽北京城。天順四年（公元1仙0年）九月，西苑內新建凝和、迎翠、太素等殿宇竣工，英宗朱祁鎮召文武大臣同遊，觀賞竟日。天啟五年（公元1625年）端午節，熹宗乘小龍舟遊太液池，上（熹宗）親劃持，同內侍劉思源、高永壽溯流。俄風而起，雲霧四塞，舟覆，二璫溺死，太監譚敬急往，扶駕出水。
此外，明帝還將西苑萬歲山做為讀書休息以及祭祀活動的場所。如宣宗曾命人將《四書》、《五經》及《說苑》等書籍每書抄錄數本，分貯於承光殿，廣寒殿等處，以備隨時覽閱。世宗則好齋醮祭祀之事，每逢幹旱時節，世宗必至苑內雷霆洪應殿祈雨，晝夜恒禦。每歲冬季太液池封冰之時，明帝還要乘冰床戲遊，冰床又稱拖床，用紅木板製做，四麵欄杆漆紅色，中間僅能容一人，明帝坐在中間，太監用繩或杆前引後推，往返遊樂。