汉朝在司法审判机构的设置方面，依然承继了秦朝所确立的体制，即在皇帝绝对专制权力控制下，中央设立专门机构，地方则实行司法与行政合一制。但在机构的具体设置与分工上，则进行过适当的调整与更改，使得组织更为严密，体系更加详备。
一、中央司法机构
汉皇帝实质上是国家的最高司法审判官，这主要表现在以下三个方面：首先，凡有重大疑难案件，均应上报廷尉，廷尉不能裁决的，则奏请皇帝决断。如汉高祖七年就颁诏规定：“自今以来，县道官狱疑者，各谳所属二千石官，二千石官以其罪名当报之。所不能决者，皆移廷尉，廷尉亦当报之。廷尉所不能决，谨具为奏，傅所当比得令以闻。”其次，皇帝不仅对重大疑难案件实行审核，而且有权亲自审理。史载西汉宣帝就“常幸宣室，斋居而决事，刑狱号为平矣”(《汉书·刑法志》)。光武帝刘秀也“留心庶狱，常临朝听讼，躬决疑事”。再次，大赦和特赦之权也属于皇帝。凡国家遇到喜庆大典及灾异祥瑞，水旱变乱等，均可由皇帝颁布大赦令或特赦令，总计汉代大赦170次左右。
在皇帝之下，汉朝中央设立有廷尉，“掌刑辟”，为最高司法审判机关。但是在“景帝中元六年更名大理。武帝建元四年复为廷尉。……哀帝元寿二年，复为大理”。至东汉仍复旧制，称为廷尉。廷尉的职责：一是审理皇帝交办的诏狱案件；二是审核平决地方上奏中央的疑难案件，即是：掌平狱，奏当所应，凡郡国谳疑罪，皆处当以报”，并“掌平决诏狱”(《续汉书·百官解》)。
在廷尉这一机构中，设有廷尉卿，全面负责各项事务。其下又设一系列辅佐官吏，协助廷尉卿处理具体司法审判事务。这些辅佐官吏主要有：正、左右监，系沿秦制，秩皆千石(秩，是官吏的俸禄，可引伸为官阶等级)；左右平，于汉宣帝地节三年(前67)设置，秩阶六百石；廷尉史，武帝时已设置，史载武帝时，张汤为廷尉，“决大狱，欲博古义，乃请博士弟子治《尚书》、《春秋》，补廷尉史，平亭疑法，奏谳疑”(《汉书·张汤传》)；奏曹掾，史载“廷尉光以(路)舒温奏曹掾”，也称奏谳掾，如“廷尉(张)汤以儿宽为奏谳掾”；还有廷尉文学卒史、从史、廷尉书佐等，“员吏百四十人，其十一人四科，十六人二百石廷吏，文学十六人，百石，十三人狱史，二十七人佐，二十六人骑吏，三十人假佐，一人官医”(《续汉书·百官志》)。
汉代廷尉为专理刑狱的机构，凡“天下用法皆为之轻重”，被视为“天下之平”。
除廷尉之处，还有一些中央机关也可行使司法审判权。这些机关主要有：
三公曹尚书。始置于汉成帝建始四年(前29)(与尚侍尚书、二千石尚书、户曹尚书、主客尚书为五曹尚书)。“主断狱事”至东汉光武帝时调整尚书台各曹职掌，又以二千石曹“主辞讼事”、以中都宦曹“主水火、盗贼事”(《晋书·百官志》)。
御史。汉代监察机构御史台的侍御史也有司法审判之权，《汉书·百官公卿表》载：“侍御史有绣衣直指，出讨奸猾，治大狱，武帝所制，不常置”。治书侍御史，要选拔“明法律者”充任，“冠法冠，秩六百石，有印绶，与符节郎共平廷尉奏事，罪当轻重”(《续汉书·百官志》)。
公府掾。太尉之下有掾史属24人。“辞曹主辞讼事，贼曹主盗贼事，决曹主罪法事”(《续汉书·百官志》)。
少府、光禄勋、执金吾、卫尉。这四种官吏“有狱事即自断之，不皆之廷尉也”。
二、地方司法机构
汉代地方行政划分实行郡、国并行的制度，即除了郡、县外还设置有许多诸候王国。这些诸候王国最初享有高于郡一级的权力。一般由诸候王“掌治其国”成为半独立性的地方行政区域。但自景帝时平定吴楚等七国之乱之后实行削藩，令诸候王“不与政事”，剥夺了其“掌治其国”的权力，从而使得诸候王国成为等同于郡的地方区域。在这种情况下，地方司法机构也相应地分为郡(国)、县两级。但到东汉末年，又将西汉时设置的刺史改为州牧，从而确立州治，地方司法机构相应的也变成为州、郡(国)、县三级。
不过，汉代在都城所设立的司法审判机构虽然也属于地方机构，但同郡(国)却不尽相同。这主要表现在它的地位要高于一般的郡(国)机构。西汉时期，最初是“内史”“掌治京师”，武帝太初元年更名为“京兆尹”，又增设左冯翊、右扶风，“皆秩中二千石”，分别管辖长安以东，长陵以北，渭城以西的三个地区，号称三辅，但“皆治长安城中”。至东汉以洛阳为都城，“更为河南郡为尹”，设“河南尹一人，主京都”。其下设“仁恕掾三人”，协助河南尹“案狱”。不管是西汉之京兆尹，还是东汉的河南尹，“其讼狱自决论之，不之廷尉也”，即使是事关中央百官的重大案件，京兆尹亦可依据诏令鞫审，如汉宣帝地节年间，丞相府发生婢女自杀一案，时任京兆尹的赵广汉上书汉宣帝告丞相之罪。宣帝制令“下京兆尹治”，赵广汉即亲自带领吏率突入丞相府，召丞相夫人“跑庭下受辞”，并收捕府内十余人责问取供。可见其仅力之重超乎一般地方郡守。
此外，汉代还设有“司隶校尉”，主“察三辅、三河、宏农”，于汉武帝征和四年设置，“持节，从中都官徒千二百人，捕巫蛊，督大奸猾”(《汉书·百官公卿表》)。
郡一级设有郡守，汉景帝中二年改名太守，除主管政务外，还是一郡的司法审判官，此所谓“太守掌治民，决讼检奸”(《续汉书·百官志》)也。郡太守秩干石。其下设有丞，如是边郡，则另设长史“掌兵马”，秩六百石，协助太守处理各项政务和司法审判事务。
在郡守之下，还设有专门负责司法审判的官吏，主要有：决曹掾史，主管“罪法事”，如史载西汉时于公为“郡决曹，决狱平”；贼曹掾史，亦称贼捕掾，主管“捕贼者也”，“主刑罚”。此外尚有狱吏，狱小吏等。
与郡平级的诸候王国，最初设有内史，“治民”，“典狱事”，至成年绥和元年，“省内史，更令相治民，如郡太守”，这样，诸候王国的“相”就成为与郡太守平级的地方行政与司法长官。在其下也设有狱史。
在郡之下者为县，其长官“万户以上为令，不满为长”。县令(长)的职责是“掌治其民，显善劝义，禁奸罚恶，理治平贼，恤民时务，秋冬集课，上计于所属郡国”。既作为行政长官，又负责司法审判。在县令(长)之下，设立丞一人，“署文书，典知仓狱”，尉大县二人，小县一人，“主贼盗”(《续汉书》)。此外，与司法审判有关的尚有：狱掾史，协助县令(长)处理司法审判事务；贼曹，主捕贼。县中疑事皆问焉。
在县之下，汉朝亦继承秦代的乡、亭之制。在乡一级立三老掌教化，蔷夫职听讼，收赋税，游缴缴循禁贼盗。亭则仍然设立亭长，主管亭一级各项事务，当然也负责司法审判事务。但乡、亭之吏大约只有调解权，而无判决权。
州作为一级地方组织，在西汉及东汉中期以前仅是监察区。到东汉灵帝中平五年，太常刘焉以四方多事，剌史威轻，建议宜改为牧。从此，州成为高于郡的一级政权，最高长官为州牧，除负有行政职责之外，还行使司法审判权。

注：
1、中央以廷尉为专司司法审判的机构；但丞相、太尉、三公曹尚书、御史台等也有司法审判之权，故列入图中。
2、图中实线表示司法审判机构间的直接隶属关系，有虚线者表示仅有监察关系。
3、图中所标机构，不同时期名称有变化，隶属亦有调整，未一一注明。
4、上郡辖：肤施、阳周、木禾、平都、浅水、京宝、洛都、白土、襄洛、原都、漆垣、奢延、雕阴、推邪、桢林、高望、雕阴道、龟兹、定阳、高奴、望松、宜都、独乐等23县。
5、汉中郡辖：西城、旬阳、南郑、褒中、房陵、安阳、成固、沔阳、锡、武陵、上庸、长利等12县。
6、左冯翊辖：高陵、栎阳、翟道、池阳、夏阳、衙、粟邑、谷口、莲勺、鄜、频阳、临晋、重泉、合阳、祋祤、武城、沈阳、襄德、征、云陵、阳陵、云阳、长陵、万年等24县。
7、京兆尹辖：长安、新丰、船司空、蓝田、华阴、郑、湖、下邽、南陵、奉明、霸陵、杜陵等12县。
8、右扶风辖：渭城、槐里、户、周至、斄、郁夷、美阳、眉、雍、漆、旬邑、隃麋、陈仓、杜阳、千、好畤、虢、安陵、茂陵、平陵、武功等21县。
9、县之下的乡、亭等基层组织虽有狱讼官吏，因不属一级政区，故未列入图中。