詩人首聯扣題，抒情寫景：“高樓”，指鹹陽城西樓，鹹陽舊城在西安市西北，漢時稱長安，秦漢兩朝在此建都。隋朝時向東南移二十城建新城，即唐京師長安。鹹陽舊城隔渭水與長安相望；“蒹葭”，即蘆荻（蒹，荻；葭，蘆），暗用《詩經·國風·秦風·蒹葭》的詩意，表思念心緒；“汀洲”，水邊之地為汀、水中之地為洲，這裏指代詩人在江南的故鄉。詩人一登上鹹陽高高的城樓，向南望去，遠處煙籠蒹葭，霧罩楊柳，很像長江中的汀洲。詩人遊宦長安，遠離家鄉，一旦登臨，思鄉之情湧上心頭。蒹葭楊柳，居然略類江南。萬裏之愁，正以鄉思為始：“一上”表明觸發詩人情感時間之短瞬，“萬裏”則極言愁思空間之迢遙廣大，一個“愁”字，奠定了全詩的基調。筆觸低沉，景致淒迷，觸景生情，蒼涼傷感的情懷落筆即出，意遠而勢雄。
頷聯寫晚眺遠景，寓意深遠：“溪”指磻溪，“閣”指慈福寺，詩人有自注：“南近磻溪，西對慈福寺閣。”詩人傍晚登上城樓，隻見磻溪罩雲，暮色蒼茫，一輪紅日漸薄遠山，夕陽與慈福寺閣姿影相疊，仿佛靠近寺閣而落。就在這夕照圖初展麗景之際，驀然涼風突起，鹹陽西樓頓時沐浴在淒風之中，一場山雨眼看就要到了。這是對自然景物的臨摹，也是對唐王朝日薄西山，危機四伏的沒落局勢的形象化勾畫，它淋漓盡致而又形象入神地傳出了詩人“萬裏愁”的真實原因。雲起日沉，雨來風滿，動感分明；“風為雨頭”，含蘊深刻。此聯常用來比喻重大事件發生前的緊張氣氛，是千古傳詠的名句。
頸聯寫晚眺近景，虛實結合：山雨將到，鳥雀倉惶逃入遍地綠蕪、秋蟬悲鳴躲在黃葉高林，這些是詩人眼前的實景。但早已蕩然無存的“秦苑”“漢宮”又給人無盡的聯想——禁苑深宮，而今綠蕪遍地，黃葉滿林；唯有鳥雀和蟲鳴，不識興亡，依然如故。曆史的演進，王朝的更替，世事的變化滄桑，把詩人的愁怨從“萬裏”推向“千古”，以實景疊合虛景，吊古之情油然而生。
尾聯作結，融情於景：“行人”，過客。泛指古往今來征人遊子，也包括作者在內；“故國”，指秦漢故都鹹陽；“東來”，指詩人（不是渭水）自東邊而來。詩人最後感慨道：羈旅過客還是不要索問當年秦漢興亡之事吧！我這次來故國鹹陽，連遺址都尋不著，隻有渭水還像昔日一樣長流不止而已。“莫問”二字，並非勸誡之辭，實乃令人思索之語，它讓讀者從悲涼頹敗的自然景物中鉤沉曆史的教訓；一個“流”字，則暗示出頹勢難救的痛惜之情。渭水無語東流的景象中，融鑄著詩人相思的憂愁和感古傷今的悲涼，委婉含蓄，令人傷感。
全詩情景交融，景中寓情，詩人通過對景物的描寫，賦予抽象的感情以形體，在呈現自然之景的同時又體現豐富的生活經驗，以及對曆史和現實的深刻思考。景別致而淒美，情愁苦而悲愴，意蘊藉而蒼涼，境雄闊而高遠，神完氣足，堪稱晚唐登臨之作的翹楚。