明孝陵始建于明洪武十四年（1381年），翌年马皇后去世，9月葬入孝陵，定名为“孝陵”。孝陵之名，取意于谥中的孝字，有“以孝治天下”之意，一说是马皇后谥“孝慈”，故名。
明洪武三十一年（1398年），明太祖朱元璋于应天府崩殂，遂启用地宫与马皇后合葬。至明永乐十一年（1413年）建成“大明孝陵神功圣德碑”，整个孝陵建成，历时长达30余年。其规模宏大，建筑雄伟，形制参照唐宋两代帝王陵墓而有所增益。建成时围墙内享殿巍峨，楼阁壮丽，南朝七十所寺院有一半被围入禁苑之中。
当时从朝阳门（今中山门）至孝陵卫到陵墓西北所筑的皇墙有45华里长，护陵驻军有5千多人。那时候陵园内亭阁相接，享殿中烟雾缭绕，松涛林海，养长生鹿千头。鹿鸣其间，气势非凡。
明洪武十六年（1383年）孝陵享殿等主体工程基本完工，先后调用军工10万，至永乐三年（1405年）建成，历时25年。其总体布局分两部分：一是导引建筑的神道，二是陵寝主体建筑。
明洪武三十一年（1398年），明太祖朱元璋于去世，礼葬孝陵。朱元璋及其皇后合葬的地宫俗称“宝城”，是一个直径约400米的圆形大土丘，它的四周有条石砌成的石壁。
明建文四年（1402年）六月，燕王朱棣攻陷南京，宫中火起，建文帝不知所终。诸王群臣纷纷上表劝进，朱棣在象征性的推辞两次后，于己巳日，“谒孝陵”，虽然“唏嘘感慕，悲不能止”。
有明一代，南京明孝陵一直是祖宗根本之地，备受尊崇。每岁有固定三大祭、五小祭。凡遇国之大事，均需遣勋戚大臣祭告。 清代前期在满汉矛盾冲突之下，清代统治者处于政策的需要，也必须笼络广大汉民族以加强统治，受汉文化影响，对明陵实施保护政策。
清顺治元年（1644年）五月，全国局势未稳之际，摄政王睿亲王多尔衮“遣大学士冯铨，祭故明太祖及诸帝”。
清顺治二年（1645年）五月初，豫亲王多铎平定江南，本月中旬进驻南京城，二十七日就“谒明陵，命灵谷寺僧修理”。七月，又“遣内官正副二员，陵户四十名，守明陵”。
清康熙二十三年（1684年），康熙帝首次次南巡到达金陵，亲往孝陵拜祭。“上由甬道旁行，谕扈从诸臣皆于门外下马。上行三跪九叩头礼，诣宝城前行三献礼；出，复由甬道旁行。赏赉守陵内监及陵户人等有差。谕禁樵采，令督抚地方官严加巡察。”其谒陵态度之恭敬，礼数之尊崇，出乎大多数人的意料。“父老从者数万人，皆感泣”。
清康熙三十八年（1699年）玄烨下江南拜谒孝陵，题“治隆唐宋”碑于碑亭。
明清鼎革，明孝陵仍享有崇高的地位。尤其是康乾年间，康熙南巡，六次遣官拜祭，五次亲往谒陵；乾隆六次南巡，更是次次至明孝陵“拈香奠酒”。且二人祭拜时均行三跪九叩之大参礼，可谓优渥有加。被时人誉为“礼文隆渥，逾于常祀，是乃千古盛德之举”。
清咸丰年间，太平天国战火几乎让明孝陵地表建筑毁于一旦，康熙手书御碑倒地破碎。
清同治三年（1864年）九月，时任两江总督曾国藩奉诏祭陵，着手修复明孝陵。当时，曾国藩派员勘估，明孝陵维修实际需白银20万两，但是清朝财政拮据，结果最后只用了740两银子做了一些小维修，“治隆唐宋”御碑被扶起粘合。原本人们可以从石碑左右二边绕过，而在1980年代以后，整个石碑左右都被水泥所固定，一直到屋顶；所以要先从御碑殿出来，才可以看到龟趺的后面。
清宣统元年（1909年）两江洋务总局道台和江宁府知府会衔于文武方门前竖立特别告示碑，用来告诫相关世界各国游客不要在此乱涂乱画。
民国元年（1912年）2月15日，孙中山携南京临时政府官员谒祭明孝陵，并拟祭文。前排左三为南京临时政府南京卫戍总督徐绍桢，左四为陆军总长黄兴，左五为临时大总统孙中山，左六为海军总长黄钟瑛，左七是教育总长蔡元培。
1961年，明孝陵被公布为首批全国重点文物保护单位。
1997年起，文物工作者利用精密磁测等高科技手段对孝陵进行长达6年的考古勘探和研究证实，历史上没有一次能够盗掘成功。之所以至今保存完好，是明孝陵的特殊防盗措施、历史机缘以及地理位置共同决定的。
2003年7月，第27届世界遗产大会上，明孝陵作为“明清皇家陵寝”扩展项目被列入《世界遗产名录》，其周边的明功臣墓，常遇春墓、仇成墓、吴良墓、吴桢墓及李文忠墓等5座功臣墓也同时被划入世界遗产保护范围。
世界遗产委员会评价：明清皇家陵寝依照风水理论，精心选址，将数量众多的建筑物巧妙地安置于地下，它是人类改变自然的产物，体现了传统的建筑和装饰思想，阐释了封建中国持续五百余年的世界观与权力观。明清皇家陵寝分布于北京、湖北、辽宁、安徽、江苏等地，是中国明清两朝皇帝陵寝建筑群，按照严格的等级规制营建，具有完整的地上、地下建筑体系，布局严谨，规模宏大，建筑华美，工艺精细，体现了中国封建社会最高的丧葬制度。
历经600余年的风雨之后，宝城墙体出现了局部坍塌，墙面剥落，个别地方因为地基沉降逆向撕裂而形成巨大裂缝。南京市文物部门先后投资300多万元，采用东南大学古建筑专家的保护方案，按照修旧如旧的要求，对墙体进行了维修，如“缝合”裂缝，整平“墙面”，对变形的墙体进行修补和防水防渗漏“手术”。为方便游客一睹“龙脉”真容，还修建了一条青石板游览步道，让游客能登上宝顶看到明孝陵全貌。
2008年6月，南京明孝陵方城明楼加顶保护工程开工。
2009年2月，明孝陵博物馆正式对公众免费开放，是关于明太祖朱元璋、世界文化遗产明孝陵和南京明文化的专题展馆，新馆外观采用了明清时期江南地区的建筑风格，白墙、灰瓦、雕花木门、坡顶屋面、马头墙、花格窗等典型元素的运用，使得整体建筑与周边明孝陵遗存的大金门、四方城等文化遗址和草木葱郁的自然环境相协调，这也与600多年前明孝陵“天人合一”的建造理念不谋而合。
2012年5月，四方城，即大明孝陵神功圣德碑亭，修缮加顶工程开工。
2013年7月，四方城加顶保护工程完工。
