1264年八月，忽必烈下詔改燕京(今北京市)為中都，定為陪都。1267年決定遷都位於中原的中都，1272年，將中都改名為大都(突厥語稱汗八里，帝都之意)，將上都作為陪都。
忽必烈遷都燕京後，乃居住於城外的金代離宮——大寧宮內。至元四年(1267年)，開始了新宮殿和都城的興建工作。中書省官員劉秉忠為營建都城的總負責人，阿拉伯人也黑迭兒負責設計新宮殿。 郭守敬擔任都水監，修治元大都至通州的運河，並以京郊西北各泉作為通惠河上游水源。
至元二十二年(1285年)時，大都的大內宮殿、宮城城牆、太液池西岸的太子府(隆福宮)、中書省、樞密院、御史臺等官署，以及都城城牆、金水河、鐘鼓樓、大護國仁王寺、大聖壽萬安寺等重要建築陸續竣工。至元二十二年，發佈了令舊城(金中都故城)居民遷入新都的詔書："詔舊城居民之遷京城者，以資高及居職者為先，仍定製以地八畝為一份，其地過八畝或力不能作室者，皆不得冒據，聽民作室"。
至元二十二年到三十一年，有四十至五十萬居民自金中都故城遷入大都。此時期還陸續完成了宮內各處便殿、社稷壇、通惠河河道、漕糧倉庫等建築工程。元大都的營建工作至此基本完畢。此後元代各帝陸續又有添建，如孔廟、國子監、郊祭壇廟和佛寺等，但對元大都總體佈局沒有變動。
但是在朱元璋佔領元大都後這裡發生了重大的改變，這一切還要從朱元璋派遣他的把兄弟徐達領兵北討時說起。
徐達 (1332年-1385年)，字天德，濠州鍾離(今安徽鳳陽市)人，明朝開國軍事統帥，淮西二十四將之一。徐達出身農家，元朝末年，徐達參加了朱元璋領導的起義軍。至正二十三年(1363年)大敗陳友諒。至正二十四年(1364年)，朱元璋以為左相國。二十七年(1367年)，率軍消滅張士誠地方割據勢力。同年，任徵虜大將軍，與副將常遇春一同揮師北伐，推翻元朝的統治。
至正二十八年(1368年)三月，徐達在基本上佔領山東之後，從濟寧進攻汴梁(今河南開封)，同時派一部分軍隊經河南永城、歸德(今河南商丘)趨許昌，並命鄧愈率襄陽、安陸、江陵之兵北攻河南南陽，策應北征主力作戰。三月底，徐達進抵陳橋(開封市東北)，元朝在汴梁的守將李克彝夜驅軍民西遁，元將左君弼率所部投降。徐達進入汴梁後，立即率步騎經中灣(今河南封丘西南)西攻洛陽。
同年七月二十七日，徐達攻克通州，元惠宗聞訊後大驚失色，下令淮王帖木兒不花監國，自己攜后妃、太子、公主自健德門出城北逃避難。八月二日，徐達下令包圍大都，然而此時此刻大都無人守衛，大部分元朝的皇親貴胄都攜帶金銀珠寶逃跑了，留守的元軍兵力不足，所以大都城很快便被明軍攻破了。
明朝軍隊將元大都的齊化門攻破後，並由此入城。在明軍徹底佔領大都後，明太祖下令將大都改名為北平。據說當時朱元璋給徐達秘密下達了一道旨意，讓他燒燬元朝皇宮，大將徐達秉承太祖旨意，號召眾人點火燒燬了元皇宮，並且在當時嚴禁史書史料提及此事。
史書中寫的是元皇宮的失火是無意為之，其實並不是，這是來源於朱元璋的命令。因此，對於百姓而言，元皇宮的存在和消失似乎悄無聲息。
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