唐皇朝的行政機構，承襲隋代，以三省六部制為核心，在這個基礎上，依據歷史的慣例與經驗，再衍生出一些具有執行、監察、侍從或其他功能的機構，共同組成唐皇朝的朝官制系統。
唐代的朝政決策與執行機構是中書、門下和尚書三省。總的說來，中書省負責發佈詔令。中書省在唐代曾一度稱為內書省、西台、鳳閣和紫微省，長官中書令通常擔任相職，參與軍國大事的決策。其下屬中書侍郎在唐代初期作為中書省長官的副手，在唐高宗和武後時，開始被任命為宰相。這種情況到安史之亂後成為慣例，因此中書侍郎在實際上也脫離了中書省的日常事務。
中書省最重要的詔令起草工作，唐代主要由中書舍人實際負責。中書舍人共有六員，還兼負宰相會議的秘書事務。由於起草詔令事關重大，實際上參與了軍國政事，不僅需要較高的文學才能，也要有較好的政治才幹，因此唐代十分重視中書舍人一職，其被視為文學之士擔任的最高職務。此外，中書省還設置起居舍人二人以記錄皇帝言行與詔令內容；通事舍人十六人以負責朝見禮儀和傳達詔命；右散騎常侍、右諫議大夫、右補闕和右拾遺各二至六人的諫官，以對國家政事提出批評和建議。
門下省，在唐代一度被稱為東台、鸞台和黃門省。負責對詔令的審議與封駁，即擁有封還皇帝詔書和駁回臣下章奏的權力。這一職權唐代實際上主要由門下省官員給事中行使，給事中一般設置四人。門下省長官侍中和副長官門下侍郎通常兼任宰相之職。雖然對詔令照例進行審議並署名，但較少行使封駁職權。唐玄宗時，李乂任黃門侍郎（即門下侍郎），「乂在門下，多所駁正，開元初，姚崇為紫微令，薦乂為紫微侍郎，外托薦賢，其實引在己下，去其糾駁之權也」。可見門下侍郎行使糾駁權，由於職高望重，對中書省（紫微省）詔令的頒布有一定的牽制作用，以致中書省長官亦不得不有所顧忌。門下省和中書省一樣也設置諫官，包括左散騎常侍、左諫議大夫、左補闕和左拾遺各二至六人，以負責對朝廷各項決策的得失進行評論和建議。此外，與中書省相對應，門下省還設起居郎二人，負責朝廷政事的記錄和皇帝言行與詔令的記錄整理。
為了便於決策活動的進行，中書、門下兩省還分別設置一些下屬機構與官職。其中較重要的有：中書省下屬的集賢殿書院和門下省下屬的弘文館，這兩個機構收藏有大量圖書，具有皇家圖書館的性質，可供皇帝、宰相和其他官員參考。史館，初屬門下省，後屬中書省，負責國史的修撰。符寶郎，屬門下省，負責各種印鑒符節的掌管。
尚書省是唐代的全國最高行政機構。在唐代初年，尚書省長官左右僕射為正宰相，因此尚書省既是朝政決策機構也是最高行政機構。但到唐中宗時，由於皇朝內部的權力再分配，尚書僕射被排斥於宰相之外，因此尚書省成為單純的朝廷行政機構。唐代尚書省的總辦公機構稱為都省，「掌舉諸司之綱紀，與其百僚之程式」。負責尚書省各類文書的審核、簽發與存檔，指導六部諸司工作。都省事務由尚書左右丞和左右司郎中、員外郎主管。而尚書省的長官左右僕射，在唐代中期以後，多成為授予大臣的榮譽職銜，並不具體負責尚書省日常事務。
尚書都省之下設吏、戶、禮、兵、刑、工六部，每部之下又轄四司，共為二十四司。吏部主要負責官吏的銓選、考課、封爵和勳賞；戶部主要負責戶籍、土地、賦役、倉儲和市易；禮部主要負責科舉考試和禮儀、祭祀；兵部主要負責軍隊的管理和訓練；刑部主要負責刑獄和財政審計：工部主要負責國家土木工程和屯田、水利。六部的長官為各部尚書，副長官為各部侍郎，而諸司的長官為各司郎中，副手為各司員外郎。尚書省六部二十四司的任務，是上承皇帝和宰相等最高決策集團所頒布的詔令，把它們擬定為具體實施的政令，再頒發給朝廷的九寺五監及地方各府、州、縣具體執行。另外，六部諸司還負責檢查和處理朝廷各部門和地方府州向尚書省申報的一般行政事務。因此，朝廷的太常、光祿、衛尉、宗正、太僕、大理、鴻臚、司農、太府九寺，以及國子、少府、軍器、將作、都水五監，實際上是接受尚書省指令的下級事務機構。正如唐代史學家蘇冕所說：「九寺、三監……是王者之有司，各勤所守，以奉職事，尚書准舊章立程度以頒之。」九寺的長官稱為卿，總稱為九卿，其副手為少卿和丞。國子監的長官稱為祭酒：都水監的長官稱為使者；少府、將作、軍器監的長官都稱為監。九寺五監的職權範圍，上承尚書省六部諸司，且與六部有大體固定的對應關係。按照唐代的「故事，諸司、諸使及天下州府有事，准令式合申省者，先申省司取裁」，「然後施行」。這裡的諸司即指九寺、諸監、諸衛，省司即指尚書省六部二十四司。由此可見唐代前期尚書省在國家行政系統中的樞要地位。
為了使官吏系統有效而正常的運轉，除了建立各種與決策和行政機構有關的制度外，還必須對各級官吏進行有效的監督與制約。為此，唐代承襲前代制度，建立御史台，以監督各級行政機構對國家政令的實施，以及對違犯朝廷法紀和律令的官吏進行糾舉和彈劾，即「以刑法典章糾正百官之罪惡」。唐代御史台的長官為御史大夫，副長官為御史中丞。唐代中期以後，御史大夫職位崇高，不常設置，御史中丞成為實際上的御史台長官。
御史台的下屬機構是台院、殿院和察院，分別由侍御史、殿中侍御史和監察御史任職，統稱為三院御史。唐代規定，侍御史設置四人，主要職責為糾察彈劾百官和參與審訊重大案件，其中年資最深者一人，還負有處理御史台內部日常事務的職責。殿中侍御史設六人，主要掌管百官朝見皇帝的序列班次，以及負責京城左、右巡，糾察其管轄區域內的不法之事。監察御史設十人，主要負責「分察百僚，巡按州縣，糾視刑獄，肅整朝儀」，職責更為繁多。但就監察御史的主要職責來說，以分察和分巡最為重要。所謂分察，是指監察尚書省六部，並可列席尚書省會議。分巡，是出使巡察地方州縣，把各地的「長吏政俗、閭閻疾病、水旱災傷，並一一條錄奏聞」。從御史台的職權來看，雖然十分繁雜，但其主要職責仍然是對整個官吏系統進行監察和對不法官吏進行彈劾。
在唐代的朝廷官制系統中，中書、門下兩省與尚書省六部、九寺五監、御史台一起，共同構成一個完整的朝政決策一執行一監察系統，是唐皇朝的核心機構。在這些核心機構之外，還有一系列輔助機構，多屬皇家宮廷機構性質，直接為皇室宮廷服務。它們主要包括秘書、殿中、內侍三省和東宮官吏。其中前三個機構雖然也稱為「省」，但其地位實際與寺監相等，其長官亦均稱為「監』，副長官稱為「少監」。
秘書省是掌管皇家圖籍檔案的機構，除設置監、少監和丞的官職負責省事外，還設立秘書郎掌管皇家的經史子集四部圖書的抄寫貯藏，校書郎負責校讎典籍。此外，負責天文曆法的太史局（又稱司天台），一度也屬於秘書省管轄。殿中省下轄尚食、尚藥、尚衣、尚捨、尚乘、尚輦六局，負責皇帝的衣食住行與醫藥。內侍省則是宮廷宦官和宮女的管理機構。東宮官是皇太子的下屬宮廷機構，其設置模仿朝廷的結構：其太子方師、太傅、太保（總稱三太）和太子少師、少傅、少保（總稱三少）是太子的導師，另設太子賓客作為太子侍從官，這些職官都沒有具體職掌。設詹事府總管東宮官吏和政事，相當於中書門下和尚書省六部。設左春坊負責侍從規諫，相當於門下省之職，右春坊負責文書啟奏，相當於中書省之職。此外，在左春坊之下設崇文館，掌圖書經籍；司經局掌校刊經史；典膳局、藥藏局、內直局、典設局和官門局，負責太子的衣食住行。以上這些機構，與弘文館、秘書省、殿中省大體對應。另外還設立東宮三寺，即家令寺、率更寺和僕寺，負責東宮具體事務的執行，也與九寺五監相對應。雖然東宮官職龐大繁多，但實際上多為閒職。
在文官系統之外，唐代還設有武官系統。由於唐代前期實行府兵制度，所以在朝廷設立十六衛。十六衛的名稱，唐代前期變化甚多，到唐玄宗開元時方大體上固定為左右衛、左右驍衛、左右武衛、右左威衛、右左領軍衛、左右金吾衛、左右監門衛和左右千牛衛。其中前十二衛均管轄府兵，只有後四衛不轄府兵，負責京城和宮殿諸門警衛以及皇帝的貼身宿衛。每衛設大將軍一人和將軍二人統率，下有長史、錄事參軍總管各衛日常事務，倉、兵、騎、胄四曹分別負責俸祿、給養、考績、宿衛、馬匹、兵械等具體事務。十六衛直接統屬於皇帝，但他們沒有調兵的權力。需要命將出征時，一般由皇帝和宰相議定後，頒發詔令到兵部，由兵部再發下符契，與詔令一起同時頒下各折衝府或州郡發兵。除十六衛外，東宮官中還仿照十六衛建制設有十率府，各設率一人，副率一至二人統管，下轄一定數量的府兵，作為太子的禁衛部隊。以上十六衛總稱為南衙諸衛，因其官署均在長安、洛陽兩京宮城之南的皇城內。
唐高宗時，由宮城北門玄武門禁軍發展而來的北衙禁軍開始興起，逐漸取代南衙請衛的職能。南衙諸衛則由於府兵制的廢棄，逐漸成為閒司，其長官大將軍、將軍也變為武官陞遷的官階，不再擁有實際職權。
最先設置的北衙禁軍是左右羽林軍，玄宗時設左右龍武軍，肅宗時又設左右神武軍，以上稱為北衙六軍，各設置大將軍一人、將軍三人統率。唐代宗時再以神策軍列入北衙禁軍行列，德宗以宦官任神策軍左右護軍中尉統率，因此神策軍勢力迅速發展，凌駕於北衙六軍之上。唐代後期，北衙六軍的大將軍、將軍等職也逐漸成為武官遷轉的官階，實際並無兵權。
唐代的地方行政系統，在唐代前期，採用州、縣二級制。到唐代中期演變為道、州、縣三級制，同時出現了新的二級行政區——府。
州的長官為刺史，其下屬僚佐主要有上佐、判司和錄事參軍。上佐指長史、司馬，沒有具體職事，輔佐刺史處理州事，但又往往成為安排閒冗官員的職位。因此唐代後期的中、下州一般都不置上佐之職。判司指司功、司倉、司戶、司兵、司法、司士六參軍，與朝廷尚書省六部相對應，具體分管州的官吏考課、禮儀、賦稅、倉庫、戶口、驛傳、刑獄和工程水利籌各個方面的事務。錄事參軍則負責監察舉劾本州六曹官吏，相當於朝廷御史台與尚書左右丞的職責。此外，唐代的州級官員還有經學博士、醫學博士、市令等，分別負責學校、醫藥與市場交易。
唐代縣的長官為縣令，下設縣丞、主薄和縣尉，作為主要僚佐。縣丞是縣令的副手，相當於州上佐；主薄負責勾檢稽失，監察官吏，相當於州錄事參軍；縣尉負責管轄諸曹吏員、追捕盜賊，相當於州判司。唐代最盛的唐玄宗開元二十八年（740），全國有府州三百二十八個，縣一千五百七十三個，可見唐代地方官吏系統的龐大。
隨著時間的發展，唐代的地方行政機構也發生了一些變化，主要是府與道的出現。唐代把京都和曾作為陪都的州，為顯示其地位的重要而稱為府。府的設官與州相同，僅名稱稍有變化，如其長官改稱尹，副長官改稱少尹等。此外，在邊疆地區還設置都護府，以管轄廣大邊境區域，都護府的設官也與州相同，僅其長官稱為都護與副都護。
道在唐代前期，是一種監察區。貞觀元年（627），唐太宗「因山河形便，分天下為十道」。各道由皇帝不定期派巡察使或採訪使巡視，監察地方官吏和瞭解各地情況。開元二十一年（733），唐玄宗「又因十道分為十五道，置十五採訪使，檢查如漢刺史之職」。唐代後期，道的長官觀察使一般都兼任節度使，擁有軍權，權力更大，形成大小不等的方鎮。各個方鎮管轄的行政區域也稱為道，這樣的道到唐憲宗元和時有四十七個。正如宋人洪邁指出：「唐世於諸道置按察使，後改為採訪處置使，治於所部之大郡。既又改為觀察使，其有戎旅之地，即置節度使。分天下為四十餘道，大者十餘州，小者二、三州，但令訪察善惡，舉其大綱。然兵甲、財賦、民俗之事，無所不領，謂之郡府，權勢不勝其重。」道的長官的下屬，有副使、行軍司馬、判官、使、掌書記、推官、巡官、衙推等一大批幕職官員。
唐代沿襲隋制，把官員分為九品，每品內又分為正、從，共為十八個等級。文官自正四品以下，武官自正三品以下，還分為上下階，因此，唐代文官的散官實際上有三十個等級，武官散官等級是三十二等。這些等級總稱為流內官，為正式文武官員。此外還有流外九品，實際上已屬於吏員，不屬於正式官員的範圍。官員的散官稱號與品級大致對應，表示官員地位與資歷高低，作為陞遷的序列。
唐代的品級與散官還與官員服飾等級制度相聯繫。唐代規定，三品以上官服紫，四品、五品服緋（朱紅），六品、七品服綠，八品、九品服青。同時，唐代高級官員都有一個表示其身份的魚符，以袋盛之，稱為「魚袋」。三品以上官的魚袋以金飾之，稱為金魚袋。五品以上官的魚袋以銀飾之，稱為銀魚袋。
唐承隋制，文武官員均可授勳官，共有十二級。按照規定，勳官可以與相應品級的公卿大臣處於同等班位。但實際上由於授勳過多，動以萬計，因此無職事的勳官實際地位往往在胥吏之下，僅僅成為一種授予的官員榮譽稱號。