唐明皇和武則天兩個人是祖孫關系。雖然武則天被招入宮中，但歷史材料表明李世民并不是很寵愛武則天，武則天當了12年的才人沒有留下一個孩子。唐是唐高宗與武則天的孫垂拱元年（685年）秋八寅（公歷9月8日），李生于東都洛陽。出生時其父李旦為帝，母竇氏為德妃。此時正是唐朝宮闈多事之秋。在他降臨世間的前一年，他的祖母武則天與宰臣裴炎把他的伯父唐中宗廢為廬陵王，其父豫王李旦被立為皇帝，是為睿宗。

睿宗名為大唐國主，年富力強，卻只能居于別殿，不許聽政。而武則天年逾花甲，仍臨朝稱制，軍國政事由她專斷。武則天在鎮壓徐敬業的揚州叛亂之后，興告密之風，冤獄迭起，唐宗室及朝臣中的反對派不少人受到迫害。史稱“自垂拱以來，任用酷吏先誅唐宗室貴戚數百人，次及大臣數百家，其刺史、郎將以下，不可勝數”。

武則天稱帝后的長壽二年（693年）臘月丁卯，李隆基以皇孫身份被降封為臨淄王。這一年，其母親竇妃被戶婢團兒誣諂為“厭蠱咒詛”，在正月初二朝后，與劉妃一起被秘密地殺死于宮中，不知埋在何處。同年八月，其父李旦也被誣告有“異謀”，武則天命酷吏來俊臣審理，幸虧太常工人安金藏大義剖腹，“以證明皇嗣不反”，才躲過了這場災難。根據史料可知，李旦的另一位妾室豆盧氏和李隆基的姨媽竇氏撫養、照料過年幼喪母的李隆基。

景龍二年四月（708年），兼潞州別駕。李隆基在宮中被幽閉了七年之久。圣歷二年（699年）他十四歲時，才與諸兄弟再次出閣。這時武則天年事已高，經大臣狄仁杰等人的規諫，放棄立武承嗣為太子之念，李顯被接回洛陽，仍被立為太子，皇嗣被封為相王。長安年間（701—704年），李隆基先在親衛府任右衛郎將，后任尚輦奉御，負責掌管皇帝的內外閑廄馬匹。在此期間，以張柬之為首的朝臣發動神龍政變，殺死了武則天男寵張易之兄弟，迫使她讓位于中宗。弱冠之年的李隆基目睹了這場政變。