狭义的“中南海”仅指北京故宫西侧的两个连通的湖——中海和南海。金朝时期，在今日中南海的北半部有太液池和大宁宫，“太液秋波”为形成于金朝的燕京八景之一。元朝修筑大都时，将太液池包入皇城之中，在其周围布置了三组宫殿，即大内、隆福宫和兴圣宫。元朝的太液池范围相当于今日的北海和中海。
明朝明成祖定都北京后，从1406年起营建新的皇宫，明朝宫城在元朝宫殿的位置基础上向南移动，因此皇城城墙也随之南移，为丰富皇城园林景观，开挖了南海，挖出的土方和开凿筒子河的土方堆成万岁山（即景山）。北海、中海、南海统称“太液池”，属于皇城西苑。北海与中海以金鳌玉蝀桥为界，中海与南海以蜈蚣桥为界。
清朝定都北京后，撤消皇城内诸内廷供奉衙署，将西苑大片土地改为民居，同时在北海、中海、南海三海周围设置“内红墙”，御苑范围退缩至内红墙之内。清帝喜园居，顺治、康熙、乾隆诸帝均在中南海内兴建殿宇馆轩，作为避暑听政之所。同治、光绪年间，慈禧太后及皇帝按礼制在十二月从颐和园移居紫禁城时，也多在中南海内居住，仅行礼时前往紫禁城。戊戌变法失败后，慈禧太后曾将光绪帝囚禁于南海中的瀛台。
1900年义和团运动时期，中南海成为俄军驻地，苑内文物陈设被掠一空，八国联军总司令瓦德西抵达北京后，居住于中南海仪鸾殿。溥仪即位后，曾在中海西岸集灵囿修建摄政王府。
1911年清帝逊位后，中南海被袁世凯占用，成为北洋政府总统府，袁世凯称帝时期，中南海曾改名“新华宫”。此后中南海又先后被用作北洋政府的总统和总理办公地，以及张作霖的“帅府”。国民政府迁都南京后，中南海作为公园对民众开放。抗日战争结束后，国民政府军委会北平行营设在中南海。北平和平解放前夕，“华北剿总”总司令傅作义搬进中南海办公。
1949年后，中南海成为中共中央和国务院的驻地和部分领导人居住的地方。
中海西岸的办公区
中南海西门内的道路
紫光阁
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