明代开国皇帝朱元璋，规定对轩辕黄帝的祭祀，皇帝要亲自撰写祭文，派遣重臣前往参加祀典，要“御制祝文”（即祭文）并要刻石留存。洪武三年（1370），朱元璋派遣秘书监丞陶谊等人对桥山黄帝陵庙进行勘察，得知黄帝陵庙年久失修、损坏很大，即拨出银两，令陶谊等人负责修缮。天启元年（1621），对黄帝庙再次进行整修。其时不惜工本，遍求各地上等材质，寻访优秀的工匠，纠合宜君、洛川两地民工，耗时一年，对黄帝庙进行了大规模的翻修。整修后的轩辕庙，“制东西长廊，并内外诸户，竖碑亭，更囗享胙各所”，不但增加了东、西两个长廊，而且新修了数处耳房和碑亭，以及供陈置祭祀品的场所；重新绘画后的黄帝雕像，“垂旒正笏”，烨烨生辉；整个大殿看起来也“栋宇辉煌”，所供奉的祭品“牲修洁”（以上见轩辕庙内碑廊明《轩辕黄帝庙重修记》），充分显示黄帝庙的煌煌大观。到了崇祯九年（1636），明王朝对轩辕庙再次进行整修，这次整修，“计补修正殿六楹，葺治大门、二门共八楹，筑垣墙壹佰壹拾”（见轩辕庙内碑廊明《轩辕黄帝庙重修记》），使黄帝庙更加宏伟辉煌。第二节清世祖登基后，“以帝命肇祀于庙”，在黄帝陵轩辕庙进行祭祀。康熙初年数下诏令，命中部县知县先后多次对黄帝陵庙进行整修和保护。据史籍记载，有清一代，维修黄帝陵庙十余次以上。据史籍和碑刻记载，清代对轩辕庙的整修，计有康熙六年，“太守王公（廷弼）详请重修”（《重修轩辕黄帝庙碑》）；康熙十九年，“知府王廷弼重修”（《重印陕西中部县志》）；康熙三十四年，“邑侯李暄重修”（《重印陕西中部县志》）；雍正七年，“邑侯何任详请重修”（《重印陕西中部县志》）；雍正十二年，陕西直隶州知州李如沅详请重修（《轩辕黄帝庙重修碑记》）；乾隆二十五年“邑侯巩敬绪详请重修”（《重印陕西中部县志》）；乾隆二十六年，高麟勋详请重修（《重建轩辕庙记》）；乾隆三十七年“邑侯董延楷详请重修”（《重印陕西中部县志》）；乾隆五十五年，“邑侯罗南英详请重修”（《重印陕西中部县志》）；嘉庆十二年，“邑侯丁瀚现在详请重修”（《重印陕西中部县志》）。据碑刻载，康熙六年（1667），下诏整修黄帝陵轩辕庙，除对大殿、两门、碑亭整修外，又于亭中作《唐宋元明碑序》以竖之。乾隆二十六年（1761），对轩辕庙进行了一次更大规模的整修，“采木于山，取水于渊，罗匠氏于他邦。范金合土，以冶以陶，以以筑，以绳以直，以斫以甍，以黝以垩，以绘以朱。其坍者、缺者、蚀剥者、裂而张、隙而渗者、湫不可足者、凹凸而失平者、横斜偏曲不如法者，莫不一一举而新之。是役也，经始于秋七月之望日，报竣于冬十月二十有一日。于帝所居正殿，易其鸱尾，更其瓴；琉璃，分道一色。其间为碑亭三楹，为更衣亭三楹。为大照墙一，衡三丈有奇，高半之。为左右翼墙各一，长各六丈。照墙外为石坊，石有一丈，如其长之数，而作砖栏以卫之。为宫墙一百六十丈有奇，庇之以木，脊其巅以之。门内外暨碑亭南北作中甬道三十余丈，缘之以石，如其长之数，而两之。事皆似因，其功实倍于创”（见轩辕庙内碑廊清《重建轩辕庙记》）。经整修，黄帝庙的规模进一步扩大。

    民国二十八年（1939），陕西省政府令设黄帝“陵园管理处”，对黄帝陵庙进行了一次大规模地维修，“凡大门、享殿、围墙及聩缺者，均加葺补”。并对庙产进行了清理，共得庙产地121亩。

    中华人民共和国建立之后，对黄帝陵和轩辕庙的整修和维护更加重视。1959年，陕西省人民委员会曾拨15.5万元，用以重修轩辕庙，凡“修建宫室大殿七间、后房七间、碑室五间”（轩辕庙内碑廊《重修轩辕黄帝庙记》），国务院并确定其为全国第一批重点文物保护单位。经1992年扩建整修后的轩辕庙建筑以汉代风格为基调，形式结构取法于汉画像石，多为石造建筑或仿石建筑，着意突出石材本色，充分体现了雄伟、庄严、肃穆、古朴的气象。