梁孝王墓采用典型的汉代崖洞墓结构，建在山腰处，包含墓道、甬道、主室、回廊、侧室等空间。全长96米，最宽33米，总面积612平方米，开凿量高达1367立方。史*载，曹操曾亲自领导掘墓，戮尸剖棺，运走了数万斤的黄金和宝物，足以支持军队三年开支。这表明了梁孝王陵墓的奢华程度。
梁孝王的陪葬品更是丰富至极。墓室内壁上排列着整齐的杵洞，显然是用于储藏大量陪葬品的陈列架。历史记载显示，在梁孝王下葬时，陪葬品之多几乎让地宫无法容纳，不得不特地设置了储物架。这显示了梁孝王对于来世生活的奢华憧憬。
梁孝王墓位于芒砀山，这里还有其他六位梁王及王后的陵墓，构成了一处汉代梁国王陵群。其中，梁孝王后李氏的陵墓规模更大，被誉为“天下石室第一陵”。李后墓的规模达到梁孝王墓的三倍有余，构建有2条墓道、3条甬道、2间主室、34个侧室，形成了一个地下的迷宫。
李后墓与梁孝王墓相隔不远，两者之间有一未完工的通道——黄泉道，用意是夫妻地下相会的通道。然而，黄泉道未完工的原因令人匪夷所思。或许，这与李王后生前私生活的传闻有关，使她不愿意在黄泉之下与丈夫相见。
