《史記》全書共 130 卷，約 52 萬字。司馬遷拋棄了過去單一的編年記史方式，首創了由五個部分交織而成的「紀傳體」百科全書：
本紀（12 卷）—— 歷史的「大局觀」
記載帝王及天下最高統治者的編年大事件。司馬遷用它來觀察王朝的興衰交替。特別的是，他把沒當過皇帝的項羽也放進本紀，因為項羽當時「在權不在位」。代表篇章如《項羽本紀》、《秦始皇本紀》。
表（10 卷）—— 歷史的「時間軸」
利用橫向與縱向的時間軸，整理錯綜複雜的歷史時序。這部分專門治好歷史盲的混亂，把各國並存、年號混雜的事件梳理得一目了然。如《三代世表》、《六國年表》。
書（8 卷）—— 歷史的「專題報導」
記載天文、曆法、經濟、水利、禮樂等國家的典章制度。這讓後人能跳脫政治人物，深入了解古代人的生活、社會運作與科技背景。如記載水利的《河渠書》與探討經濟的《平準書》。
世家（30 卷）—— 歷史的「地方豪強」
描述世襲諸侯國、功臣以及漢代王侯貴族的事蹟。在司馬遷眼中，他們就像圍繞在北極星周圍的星辰。平民出身的陳勝、思想家孔子，因為對後世影響深遠，也被破格破例列入世家。如《孔子世家》、《陳涉世家》。
列傳（70 卷）—— 歷史的「人間百態」
呈現社會各階層奇人異士、各行各業人物的傳記。這是全書最精彩、最鮮活的眾生相鎔爐，包含刺客、游俠、商人、酷吏等。如《刺客列傳》、《淮陰侯列傳》。