第一任皇后：陈阿娇
建元元年(前140年)，汉武帝即位，陈阿娇以太子妃身份立为皇后。其母窦太主(武帝即位后尊长公主为大长公主，亦称窦太主)刘嫖自恃有功于武帝，一直向武帝索取财物，引起武帝的不满。而陈阿娇被立为皇后后，生性骄横善妒，虽独享宠爱却始终没能生孩子，花了巨资治疗不孕之症也没见效。武帝渐渐疏远陈皇后。王太后对武帝说：“你刚即位不久，大臣们尚未归附于你，之前商议兴立明堂的事情已经惹怒太皇太后，如今又不顺从长公主，必定会受到重责。妇人的性情是很容易高兴的，你应该慎重思考该怎么做!”武帝这才对母女俩恩礼相待。
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一年后，汉武帝从姐姐平阳公主那里得到歌女卫子夫，并加以宠幸。陈皇后听说后，数次大闹后宫，引起武帝强烈不满。之后，有了身孕的卫子夫更加得到武帝的宠爱。窦太主听说后心疼自己的女儿，就策划杀死卫子夫还未出名的弟弟卫青，后卫青被好友公孙敖相救。随着卫夫人为汉武帝生下三个公主，而陈皇后却还是没育有一个子女，加上其外祖母窦太皇太后又去世。气得陈皇后竟施以妇人媚道，东窗事发后，汉武帝吧此案交给酷吏张汤。最后，他追查出楚服等人为陈皇后施巫蛊之邪术，犯了大逆无道。不久，与此案有“牵连”的三百余人都被诛杀。同年秋陈皇后被废黜，放逐长门宫，最终死在那里。
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第二任皇后：卫子夫
“生男无喜，生女无怒，独不见卫子夫霸天下。” 这是当时民间流传的歌谣。唱的是卫子夫从歌女到皇后，一人得志，全家富贵的传奇。卫子夫出身卑微，原来只是一个歌女，后来跻身于一朝皇后之列,成为虎威皇帝汉武帝的第二位皇后。卫子夫的经历不仅改变了自己的命运，同时也改变了自己一家人的命运，其弟卫青、外甥霍去病都是汉代历史上著名的抗击匈奴的英雄。然而，卫子夫在后宫复杂的环境中，做了三十八年的皇后，并不是独霸天下，而是处处小心，谨小慎微，以恭谨谦和赢得汉武帝的恩宠，赢得了大臣和后宫人等的尊敬。在后来的日子里，因为卫子夫年老色衰，汉武帝移情别恋。虽然武帝后宫宠幸的嫔妃不少，但是因为卫后小心谨慎，所以汉武帝对卫后还是很信任的。武帝每次出行，都把后宫事务托付给皇后。但是，在征和二年(前91年)的巫蛊之祸中，卫子夫母子等人遭江充等人陷害，不能自明，自杀。十八年后汉宣帝刘询以皇后礼重新厚葬她，追谥号曰 “思”，建园置周卫。史称孝武卫思后。
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第三任皇后：李夫人
李夫人，河北定州人，西汉著名音乐家李延年、贰师将军李广利之妹，汉武帝刘彻的宠妃。李氏平民出身，父母兄弟均通音乐，都是以乐舞为职业的艺人。后由平阳公主推荐给汉武帝，获封夫人，深得汉武帝的宠幸，并为汉武帝生下儿子昌邑哀王刘髆。李夫人死后，以皇后之礼安葬。汉武帝死后，李夫人配祭宗庙，追加尊号为孝武皇后。
关于这位皇后，后世还流传着关于她的很多典故。玉搔头：一天汉武帝到李夫人宫中，忽然觉得头痒，于是摘下李夫人头上的玉簪搔头。此事传到后宫，宫女们都学着李夫人的样子，在头上插了一把玉簪，以致一时长安城内玉价倍增无数。
怀梦草：西汉时有一种植物名叫“梦草”，也叫“怀梦”，样子很像菖蒲，但它是红颜色，白天缩进地里，晚上才从地下钻出来。因为只要怀揣一片这草的叶片，就能知道夜梦的凶吉，而且能立时得到应验。李夫人死后，汉武帝十分思念她，很想要看一看她的样子然而却再也不可能。东方朔于是献上一枝“梦草”给汉武帝，汉武帝揣上它，那天晚上果然梦见李夫人。因此将这种草改名为“怀梦草”。招魂：《汉书》中记载方士少翁为汉武帝招李夫人魂的事。而《史记》里却记载少翁招的是王夫人的魂。
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第四人皇后：钩弋夫人
钩弋夫人赵氏，河北人，汉昭帝刘弗陵的生母。传说赵氏天生握拳不能伸展，汉武帝过河间，“望气者言此有奇女”，于是召见她并将其手展开，展开后掌中握有一玉钩，因此被称为拳夫人，又称钩弋夫人，后被封为婕妤。班固在《汉书》里称汉武帝在甘泉宫修养，随侍的赵氏因犯过错，遭到汉武帝斥责，后来赵氏忧郁而死于云阳宫，就地下葬。现在更流行的说法是褚少孙在《史记》里的补记：汉武帝为防患女主乱政，立子杀母。
汉昭帝即位后，追封母亲赵氏为皇太后，为她修建云陵。追赠赵氏的父亲为顺成侯，下诏在扶风设置园邑二百家，派长丞按规定奉守。顺成侯的姐姐赵君姁，赏钱二百万，并充实其奴婢与房宅。对其兄弟各按亲疏进行赏赐。赵氏家族中没有一人在朝为官，只对赵父进行追封。
