1206年成吉思汗即位，创建蒙古帝国。忽必烈于至元元年（1264）八月颁诏以燕京为中都，作为陪都。1267年，在东北郊外以积水潭为中心另建新城，为北京城奠定了基础。至元八年（1271）十一月，定国号为“大元”。次年二月，忽必烈采纳霸突鲁、刘秉忠等人之议，改中都为大都，并从上都（今内蒙古正蓝旗上都郭勒）迁都于此。
大都作为元代的政治中心，在这里设置中央官署：中书省，总理全国政事；枢密院，统辖全国军事；御史台，监察官吏政绩；司农司，负责劝课农桑；宣政院，掌管西藏和佛教事务；将作院，管理工匠事宜；通政院，统管全国的站赤（即驿站）。并设立五卫亲军等。
大都格局宏大，规划严整。大城略呈长方形，周长约60里。有11座城门：东为光熙门（今和平里东）、崇仁门（今东直门）、齐化门（今朝阳门），南为文明门（今东单南）、丽正门（今天安门南）、顺承门（今西单南），西则为平则门（今阜成门）、和义门（今西直门）、肃清门（今学院南路西），北为健德门（今德胜门小关）、安贞门（今安定门小关）。城门外筑有瓮城，城四隅建有角楼，环城还有护城河。皇城在大城内南部中央地区，皇城的城墙称为萧墙，又称阑马墙，周长约20里。皇城南面中门为棂星门，从棂星门到丽正门之间是皇廷广场，左右两侧为千步廊。宫城偏在皇城东部，为长方形，周围9里。宫城有四门，东为东华门，西为西华门，南为崇天门，北为厚载门。宫城内的主要建筑分为南北两部分，南面以大明殿为主体，北面以延春阁为主体。大明殿东西长200尺，深120尺，高90尺。皇帝登极、元旦、庆寿、会朝都在这里举行。延春阁比大明殿还高，三重檐，高100尺。阁前为寝殿，又称拿头殿，内设楠木御榻，壁皆绘画。
太液池在宫城之西，东西两岸之间，以仪天殿（今团城）为枢纽。北面为万寿山，又称万岁山，即今琼华岛，山顶有广寒殿。隆福宫和兴圣宫在太液池西。隆福宫靠南，围有砖墙，共开六门，主要建筑为光天殿。其后为寝殿，外有周庑围廊。隆福宫为皇太后、皇太子等的住所。兴圣宫居北，在万寿山的正西，周环砖墙，也开六门，主要建筑为兴圣殿。殿后有延华阁，呈方形，十字脊，东西两侧殿对称，前有轩间，后有园亭。收藏文物图书和招揽学士才俊的奎章阁，就在兴圣宫内。
大都城内居民分为50坊。坊各有门，门上署有坊名。城内街道分布的基本形式是棋盘形，南北和东西各有9条大街。在南北向大街的东西两侧，小街和胡同平行排列，居民住宅坐北朝南。全城街道整齐划一，大街宽24步，小街宽12步。在南北主干大街的两旁，筑有排水渠。
大都的农业，除麦、黍、豆类之外，水稻的种植也已有相当的规模。西郊即今海淀一带，引泉水灌田，栽种水稻。郊区园艺业也比较发达。
手工业主要为宫廷服务，种类有丝织、毡毯、采矿、冶炼、军器，以及酿造业中的阿剌吉（烧酒）等。此外，郊区宛平的银矿、西山的煤矿、羊山的烧炭、四窖场的琉璃瓦等，也闻名远近。
主要的商业区在积水潭东面的钟鼓楼地区，这里有缎子市、珠子市、鹅鸭市、铁器市、米市、面市等。羊角市是羊市、马市、牛市、骆驼市、驴骡市集中分布之处。还有中书省前的文籍市，各城门外的集市等。
大都经济的繁荣同开凿通惠河有密切关系。大都每年要从南方运进粮食百万石以上，多时高达300余万石。粮食从水路运抵通州后，要起岸陆运到城内。为使水路运输直达大都，在都水监郭守敬主持下，于至元二十九年（1292）八月兴工，导昌平白浮泉水，西折南转，汇集诸流，入瓮山泊，经高粱河，至西门入都城，汇入积水潭，东南出文明门，东至通州张家湾，尾注白河，总长164里。因大都地势高出通州约20米，每隔一段，设置一闸，至通州共7闸。距闸一里左右，上置斗门，及时蓄泄河水，利于行船。第二年秋天完工后，积水潭“舳舻蔽水”，粮船如织，忽必烈赐名为“通惠河”。船只可由大运河，或由海道，经通州直达大都城内的积水潭。黄仲文《大都赋》说：“华区锦市，聚万国之珍异；歌棚舞榭，选九州之侬芬”恰是当时大都城繁荣的写照。
元朝是当时世界上最富强的国家。波斯和一些阿拉伯国家，当时受蒙古伊尔汗国统辖，同元朝关系密切；中国的匠师、医生到那里，把火药及其用法也传了过去。波斯天文学家札马剌丁来到大都，带来了天文仪器和回回历法，在管天文历法的机构中任职。他还制造了浑天仪等7种天文仪器。在元朝的秘书监中，保存了不少阿拉伯人关于天文历法、仪器制造和医学药物等方面的著作。元朝政府在太医院的下面设置广惠司，掌管回回医药事务，回回人爱薛就在广惠司中任职，著名的“回回药方”也是从伊斯兰国家传来的。来到大都的还有不少欧洲的传教士和商人。马可·波罗就是出身于意大利威尼斯的商人，他的《马可·波罗游记》是促进中西文化交流的重要著作。意大利传教士约翰·孟德高维于至元三十一年（1294）抵大都，居住近30年，建教堂3所，用蒙古文翻译了基督教经典《新约全书》，后来任大都城主教。基督教教士还曾出入宫廷，举行宗教仪式。此外，到过中国的摩洛哥旅行家伊本·白图泰，曾对大都作了生动的描述，为中非文化交往留下了珍贵的资料。
郭守敬还设计制造了简仪、仰仪和圭表等天文仪器。至元十六年（1279），元朝政府在大都设置司天台，后来明、清两代的观象台也都设置在这里。在天文观测的基础上，郭守敬主持编制新历《授时历》，以365.2425天为一年，比地球绕太阳的实际时间只差26秒，其准确程度与现行公历相同，但比公历的使用要早300年左右。郭守敬同时设计制造了大型计时器七宝灯漏，陈列在大明殿里，高1丈7尺，以金为架，共分4层，内为机械，以水激转，用小木偶人12，捧12属相，每辰初刻，偶人出立灯外板上，捧时辰的属相报时。这种宫漏是计时机械制造技术的巨大进步。
大都是元杂剧的摇篮。在通称的元曲四大家中，关汉卿、王实甫和马致远都是大都人。关汉卿的《窦娥冤》、《救风尘》、《单刀会》，王实甫的《西厢记》都是代表作。活跃在大都剧坛的著名女演员珠帘秀、顺时秀、天然秀、赛帘秀和燕山秀“五秀”，对于促进杂剧的发展，都起了重要的作用。
元代还在大都兴建国子监、孔庙，以及妙应寺、白云观等许多庙寺道观。至正十一年（1351）正月，元末农民战争爆发。至正二十八年（1368）正月，朱元璋建立了明王朝。大将军徐达领兵北伐。闰七月二十八日夜半，元顺帝妥欢帖木尔逃向上都。八月初二日，徐达率明军进入大都。 | 
