Thời Gia Long, nhà Nguyễn về cơ bản vẫn giữ nguyên hệ thống quan chế và cơ cấu chính quyền trung ương giống như các triều đại trước đó. Đứng đầu nhà nước là vua, nắm mọi quyền hành trong tay. Chức Tể Tướng được bãi bỏ, dùng Lục Bộ, là 6 tổ chức hành pháp cao nhất, để điều hành việc hành chính trong nước như đã được áp dụng ở các triều đại trước. Tại triều đình, trên là bốn vị đại thần, còn được biết đến là "Tứ trụ triều đình", chuyên tư vấn vua trong việc điều hành đất nước. Dưới là các cơ quan Tam Nội viện (Thị thư viện, Thị hàn viện, Nội hàn viện) và Thượng bảo ty giúp vua chuyên trách các công việc về văn thư, giấy tờ, quản lý ấn tín.

Thời Minh Mạng, bộ máy hành chính trung ương nhà Nguyễn được cải tổ mạnh mẽ. Các cơ quan hành chính từ trung ương đến địa phương được sắp xếp và cải tiến song song với việc định lại các giai chế phẩm trật. Thời kỳ này, vua nắm mọi quyền hành trong tay, dưới vua là viện Cơ mật tư vấn vua về các vấn đề quốc sự, Lục bộ tức sáu cơ quan Hành pháp điều hành việc hành chính trên toàn quốc, cùng Đô sát viện là cơ quan Tư pháp giám sát hoạt động của Lục bộ từ địa phương đến trung ương, Nội các giúp vua coi giữ giấy tờ, ấn tín, và những cơ quan chuyên môn khác như Lục tự, Tôn nhân phủ, Khâm thiên giám, Quốc sử quán, Vũ khố, v.v. Thời Minh Mạng, tổ chức hành chính trung ương đã được cải tiến khá hoàn chỉnh như sau:[2]

• Nội các tiền thân dưới thời vua Gia Long là Thị thư viện, Thị hàn viện, Nội hàn viện và Thượng bảo ty. Năm Minh Mạng 1 (1820), vua cho lấy 4 cơ quan trên, hợp thành Văn thư phòng. Năm Minh Mạng 10 (1829) lại bỏ Văn thư phòng thành lập Nội các.  Nội các là cơ quan phụ tá giúp việc cho vua, chuyên trách giải quyết các công việc về công văn, giấy tờ như xét duyệt các văn bản trước khi trình lên vua, làm phiếu nghĩ, thư bài, soạn các bản phúc đáp, kính sao bản vua phê, phụng sao lời chỉ dụ, sao lục phát giao công văn, coi giữ ấn tín, kiềm ký, long bài, lưu giữ châu bản, và các ngự chế thi văn, v.v.    
• Cơ mật viện thành lập năm Minh Mạng 15 (1834) là cơ quan chuyên tư vấn cho vua các vấn đề về chính trị, ngoại giao và những vấn đề mang tính cơ mật quốc gia.
• Lục Bộ là tổ chức hành pháp cao nhất của triều đình gồm 6 bộ: Binh, Công, Hình, Hộ, Lại, Lễ. Trong đó chức năng cụ thể của các Bộ như sau:
  • Bộ Lễ chuyên trách việc lễ nghi, tế tự, khánh tiết, yến tiệc, trường học, thi cử, áo mũ, ấn tín, phù hiệu, chương tấu, biểu văn, sứ thần cống nạp, các quan chầu mừng, tư thiên giám, thuốc thang, bói toán, tăng lục, đạo lục, giáo phường, đồng văn nhã nhạc
  • Bộ Lại chuyên trách việc quan tước, thăng giáng, thuyên chuyển, lựa chọn, xét công, bãi truất và thăng thưởng, bổ sung quan lại, cung cấp người cho các nha môn, chỉnh đốn phép làm quan để giúp việc chính sự trong nước
  • Bộ Công chuyên trách việc xây dựng, tu sửa cung điện, lăng tẩm, thành hào, đồn luỹ, đê điều, cầu cống, đường sá, lo việc thợ thuyền, sản xuất vật dụng phục vụ trong hoàng cung và quản lý việc sản xuất hàng hoá ngoài xã hội, thi hành lệnh cấm về núi rừng, vườn tược và sông ngòi.
  • Bộ Hộ chuyên trách việc ruộng đất, nhân khẩu, kho tàng, thuế khoá, định giá lương thực trong nước, bình chuẩn việc phát ra thu vào để điều hoà nguồn của cải nhà nước
  • Bộ Hình chuyên trách việc luật lệnh, xét xử, hình phạt, án tù, ngục tụng, giúp nhà vua chế định, chấn chỉnh các vấn đề về hình luật
  • Bộ Binh chuyên trách việc binh nhung, khí giới, bảo vệ kinh thành, biên giới, các nơi hiểm yếu, chăm lo việc bổ nhiệm, tuyển dụng các chức võ quan trong ngạch, khảo duyệt vũ khí, quân lương
• Lục Tự là sáu tổ chức giúp vua, thừa hành các trách nhiệm do Lục bộ trao cho, các vấn đề về văn hoá, giáo dục, thi cử, luật pháp, tế tự gồm: Đại lý tự, Thái thường tự, Quang lộc tự, Thái bộc tự, Hồng lô tự, Thượng bảo tự. Thời Nguyễn, riêng Hồng lô tự (lo việc tiếp đón sứ đoàn các nước) và Thượng bảo tự (lo việc văn phòng, ấn tín giúp vua) có chức trách thường trực, các chức điều hành trong những tự khác như chức Tự khanh, Tự thiếu khanh, Tự thừa thường trao cho các quan trong Lục bộ điều hành tạm thời, không có chức vụ nhất định.[2]
• Đô sát viện thành lập năm Minh Mạng 13 (1832) là cơ quan giám sát các cơ quan hành chính từ trung ương đến địa phương với đầy đủ quy chế giám sát chặt chẽ.  Đô sát viện, Đại lý tự, Bộ Hình là 3 cơ quan trong Tam pháp ty tạo thành hệ thống tư pháp thời Nguyễn.
• Tôn nhân phủ thành lập năm Minh Mạng 17 (1836) là cơ quan chuyên chăm lo các vấn đề về hoàng tộc như: trông coi sổ sách của hoàng tộc, biên soạn ngọc phả, tông phả, phái phả, đặt tên, lo giá thú cho người trong hoàng tộc, tế lễ tang ma, phong cấp tập tước, định mũ áo, chọn người làm quan, chọn tôn sinh, giáo dưỡng, giảng dạy trong tôn thất, thay nhà vua quản lý mọi mặt trong hoàng tộc.
• Hàn lâm viện được chính thức thành lập là một cơ quan năm Minh Mạng 11 (1030), là cơ quan chuyên trách các việc chế cáo, từ hàn để tuyên dương, lo chương sớ, chiếu cáo, dựng bia, soạn kinh điển, thư từ bang giao, biên tập sách vở.  Hàn lâm viện xuất hiện rất sớm dưới các triều đại phong kiến Việt Nam, tuy nhiên thực chất chỉ là chức danh không phải là cơ quan cụ thể. Dưới thời vua Gia Long đã đặt các chức danh Hàn lâm viện Thừa chỉ, Hàn lâm viện Thị giảng, Hàn lâm viện Thị độc, v.v.  Năm Minh Mạng 11 (1830) mới chính thức đặt viện Hàn lâm và dựng toà sở làm việc tại phía tây Quốc sử quán trong kinh thành Huế.
• Quốc tử giám phụ trách việc dạy học, giáo dưỡng các hoàng tử, con cháu trong hoàng tộc, quan lại trong triều đình, đào tạo nhân tài cao cấp của nhà nước
• Quốc sử quán bắt đầu dựng tháng 6 năm Minh Mạng 1 (1820) và chính thức đi vào hoạt động năm Minh Mạng 2 (1821).  Quốc sử quán là cơ quan chuyên trách việc nghiên cứu, lưu trữ sử liệu, biên soạn các bộ sử chính thống của triều đình
• Tập hiền viện là học viện cao cấp chuyên nghiên cứu, giảng dạy kinh truyện, sử cho nhà vua, các Hoàng tử, Hoàng thân và quan lại cấp cao trong triều đình
• Thái y viện chuyên trách chăm sóc sức khoẻ cho vua và người trong hoàng tộc, chăm lo việc thuốc thang, chữa bệnh và ngành y dược trong cả nước.  Thái y viện còn có nơi chế thuốc riêng và quản lý kho Ngọc dược giữ các loại thuốc quý dùng cho nhà vua.
• Khâm thiên giám chuyên quan sát và chiêm nghiệm âm dương bói toán, các hiện tượng thiên văn, thời tiết, làm lịch, coi ngày, báo giờ để định mùa vụ cho dân, giữ đồng hồ báo canh ở điện Cần Chánh, và giữ trọng trách tư vấn triều đình về các vấn đề địa lý và phong thủy
• Thông chính sứ ty chuyên phụ trách việc tấu chương trong ngoài, chuyển đạt giấy tờ của triều đình xuống và nhận đơn tâu lên vua. Trưởng quan Thông chính sứ ty, cùng trưởng quan Đại lý tự, trưởng quan Đô sát viện, và 6 vị quan Thượng thư điều hành Lục Bộ, hợp thành Cửu khanh của triều đình nhà Nguyễn.
• Nội vụ phủ tiền thân dưới thời vua Gia Long là Nội đồ gia, năm Minh Mạng thứ nhất (1820) đổi tên thành Nội vụ phủ. Nội vụ phủ là cơ quan coi giữ tài sản, vật dụng cho vua và hoàng gia tại nội cung. Ngoài ra, Nội vụ phủ còn giữ trách nhiệm quản lý và sản xuất các vật dụng cho vua và nội cung dùng.
• Vũ khố tiền thân dưới thời vua Gia Long là Ngoại đồ gia, năm Minh Mạng thứ nhất (1820) đổi tên thành Vũ khố. Đây là cơ quan chuyên trách việc coi giữ quân trang, vũ khí.  Dưới Vũ khố là các ty, và các kho trực thuộc.

Ngoài việc cải tổ lại tổ chức bộ máy hành chính, vua Minh Mạng cũng cho định lại các giai chế phẩm trật từ cửu phẩm tới nhất phẩm, trong đó mỗi phẩm đều chia ra hai bậc Chánh, Tòng cùng các chức danh tương ứng.  Tổ chức bộ máy hành chính triều Nguyễn về cơ bản được thiết lập và ổn định từ triều Minh Mạng, các triều đại sau tuy có ít nhiều điều chỉnh nhưng hầu như cơ cấu tổ chức đó vẫn được giữ nguyên cho đến hết triều Nguyễn.