汉武帝是中国历史上第一位使用年号的皇帝，他一共使用了十一个年号。
一、建元
建元是汉武帝的第一个年号(一说为追加)，也是中国历史上的第一个年号。建元为建立纪元之意。古以六年为纪，成为一元，所以该年号用了六年(自公元前140年至公元前135年)。
二、元光
建元六年八月，“有星孛于东方，长竟天”。故而次年改元元光，意为纪念星光。该年号亦用了六年。
三、元朔
公元前129年卫青征伐北方(朔方)的匈奴，获得龙城大捷。为纪念此战，汉武帝以元朔为年号(亦用了六年)。
四、元狩
“冬，十月，上行幸雍，祠五畤，获兽，一角而足有五蹄。有司言:”陛下肃祗郊祀，上帝报享，锡一角兽，盖麟云。”于是以庆五畤，畤加一牛，以燎。”公元前123年十月(十月为岁首)，汉武帝在狩猎时获得一只一角兽(疑似麟)，被视为祥瑞，为纪念此事，汉武帝用了这个年号。另外狩有征伐的意思，汉武帝正对匈奴进行大规模反击。
五、元鼎
《史记·孝武本纪》：“五月，返至甘泉。有司言宝鼎出为元鼎。”因在汾水之畔发现一个宝鼎，汉武帝以元鼎为年号。
六、元封
《资治通鉴》：“朕以眇身承至尊，兢兢焉惟德菲薄，不明于礼乐，故用事八神，遭天地况施，著见景象，屑然如有闻，震于怪物，欲止不敢，遂登封泰山，至于梁父，然后升禅肃然自新，嘉与士大夫更始，其以十月为元封元年。”公元前110年，汉武帝封禅泰山，宣布改元“元封”。
七、太初
《资治通鉴》：大中大夫公孙卿、壶遂、太史令司马迁等言：“历纪坏废，宜改正朔。”上诏儿宽与博士赐等共议，以为宜用夏正。夏，五月，诏卿、遂、迁等共造汉《太初历》，以正月为岁首，色上黄，数用五，定官名，协音律，定宗庙百官之仪，以为典常，垂之后世云。公元前104年，《太初历》颁布施行，汉武帝因此宣布改元太初。
八、天汉
“时频年苦旱,故改元为天汉,以祈甘雨。”该年号用了四年(自公元前100年到公元前97年)。
九、太始
公元前9年，贰师将军李广利进击匈奴，惨败而归。汉武帝遂改元“太始”，意为回归本来开始，年号亦用了四年。
十、征和
应劭注《汉书·武帝纪》说征和是“言征伐四夷而天下和平”，该年号用了四年，自公元前92年到公元前89年。
十一、后元
后元(一说年号没有取好)是汉武帝的最后一个年号，只用了两年(自公元前88年到公元前87年)。
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