《史记》内容记载自传说中的黄帝以来至汉武帝时期以来的历史，共分成〈本纪〉、〈表〉、〈书〉、〈世家〉和〈列传〉五个主题，加上最后的〈太史公自序〉又细分成一百三十个章节。其中，〈本纪〉是“天下”统治者的事迹，“网罗天下放失旧闻，王迹所兴，原始察终，见盛观衰……着十二本纪，既科条之矣。”；〈表〉以表格的方式排列整理事件次序或历史动态，“并时异世，年差不明，作十表。”；〈书〉的内容有关历代典章制度，“礼乐损益，律历改易，兵权山川鬼神，天人之际，承敝通变，作八书”；〈世家〉描述影响深远的家系或贵族事迹，“二十八宿环北辰，三十辐共一毂，运行无穷。辅拂股肱之臣配焉，忠信行道，以奉主上，作三十世家。”；〈列传〉呈现的是历史上各类人物的历史表现与社会的种种样貌，“扶义倜傥，不令己失时，立功名于天下，作七十列传。”。不同于以往的史书，《史记》的写作方式首开纪传体之先河：以描写人物的生平为主，年代先后为副。至此以后，尚有《汉书》、《三国志》和《后汉书》等史著仿效该体，让纪传体成为唐代以后官方史著所采用的主流写作方式。赵翼《廿二史札记》云：​​「司马迁参酌古今，发凡起例，创为全史，本纪以序帝王，世家以记侯国，十表以系时事，八书以详制度，列传以志人物，然后一代君臣政事贤否得失，总汇于一编之中。自此例一定，历代作史者，遂不能出其范围，信史家之极则也。」

至于文章内容，《史记》的文章可分成两个部分：前面的正文是人物的生平描述，这部分皆以代表性事件或逸事衔接交杂而成；正文后面会加上作者的评论或感想，通常以“太史公曰”为起头，内容或有作者的个人经历，或有对人物的评价，或有收集资料的过程，但仍以评论题材人物的性格与行事为主，这也呼应司马迁在自序中“究天人之际”的写作目标[8]。

《史记》全文一百三十篇，自司马迁殁就有十篇散失[9]。西汉博士褚少孙补之。但其中有些也有可能更有后人补之，如《孝武本纪》摘抄于《封禅书》，褚少孙虽才识不足也不至于如此。另有唐司马贞补《三皇本纪》。

司马迁着《史记》，其史学观念在于“究天人之际，通古今之变，成一家之言”。司马迁探求的天人之际，并非承认天的神秘力量反而重视天人之间关系的演变，从而了解“古今之变”的关键，探求出历史动态发展变化的层面，最终完成“一家之言”。而他的撰述动机，主要有以下三方面：

    司马迁为了继承其父司马谈编订史书的遗志，完成撰述《史记》的宏愿。司马氏在周朝时世为史官，春秋时期虽然失去官职，司马谈却把修撰史书视为自己的神圣职责，一心继承先人久绝的世业—太史令，重现孔子撰述《春秋》的精神，整理和论述上代历史。 《隋书·经籍志》说：「谈乃据《左氏春秋》、《国语》、《世本》、《战国策》、《楚汉春秋》，接其后事，成一家之言。」可见司马谈有意继续编订《春秋》以后的史事。汉武帝元封元年，武帝进行封禅大典，司马谈身为太史令，却无缘参与当世盛事，引为终生之憾，忧愤而死。他死前将遗志嘱咐儿子司马迁说：「今天子接千岁之统，封泰山，而余不得从行，是命也夫！余死，汝必为太史，无忘吾所欲论著矣……」司马迁则回答道：「小子不敏，请悉论先人所次旧闻。」可知司马迁乃秉承父亲的遗志完成史著。而《史记》以「封禅书」为其八书之一，即见其秉先父之意。

    司马迁想继承《春秋》精神。司马迁在《太史公自序》说：「先人有言，自周公卒，五百岁而有孔子，孔子卒后，至于今五百岁，有能绍明世，正《易传》、继《春秋》、本《诗》、《书》、《礼》、《乐》之际，意在斯乎？意在斯乎？小子何敢让焉？」此正暗示其有明道义，显扬志业人物的使命。 《春秋》的下限，到鲁哀公获麟之年，此后的史事就没有完整的史籍记载。司马迁是绍继《春秋》，并以汉武帝元狩元年「获麟」及太初元年改历下限，撰写史记。然而，司马迁继承《春秋》，不仅是要形式上承继周公以来的道统，反而是重视《春秋》的性质，他在《太史公自序》说：「夫《春秋》，上明三王之道，下辨人事之纪，别嫌疑，明是非，定犹豫，善善惡惡，贤贤贱不肖，存亡国，继绝世，补敝起废，王道之大者也……《春秋》以道义，拨乱世，反之正，莫近于《春秋》。」可见司马迁对「春秋之义」和「春秋笔法」心仪已久，这是他要承孔子的真意、秉承《春秋》褒贬精神，撰述《史记》。

    司马迁要肩负史家职责。据《后汉书·百官志》载，「太史令」只是俸禄六百石的小官，职责仅在于管理图籍，掌管星象天文，最多也只是记录上代及当代事情，并无著述的责任。然而，司马谈和司马迁明显不满足于「拾遗补蓺」。司马谈早有整理上代历史的计划，可惜却「发愤而卒」，临终前叮嘱司马迁，认为「自获麟以来，史记放绝。今汉兴，海内一统，明主、贤君、忠臣、死义之士」甚多，身为太史令，有完成论载上代历史的任务。司马迁在《太史公自序》也指出身为太史的职责说：「且余尝掌其官，废明圣盛德不载，灭功臣、世家、贤大夫之不述，隳先人之言，罪莫大焉。」因此，司马迁一心秉承先人世传及「述往事以思来者」的责任感，决意撰述《史记》。在《报任安书》中亦透露著述《史记》的目的，他说「凡百三十篇，亦欲以究天人之际，通古今之变，成一家之言。」可见他不但要完成太史令的责任，更要尽史学家的职责。