在中国历史上，如同统一帝国有过一个长期的形成过程那样，作为天下最高统治者的“皇帝”的称号，也有一个长期的形成过程。学者间大体一致的看法是，皇帝这一称号是由“王”的称号发展而来，也即秦汉的帝制是从商周的王制演变出来的。
最初的王，并不是天下的最高统治者。一些学者认为，所谓王，起初只是氏族或部落首领的称谓。林沄的《说王》说，王字本象斧钺形，是表示军事统率权的。王的本义应该就是军事统帅，而与后来的“天子”概念完全不同。齐文心的《王字本义试探》说，王字的造字本意，是刻画出一个体裁超群的大人的形象。王本意为大人，原本也是原始社会末期部落领袖的一种称谓，后来才发展成为至尊无上的王。
商周时代，似乎同时存在两种不同性质的王。其中一种是商周统治者的称号，即子姓商王和姬姓周王；另一种是异姓方国或戎狄首领的称谓。后者与子姓的商王或姬姓的周王没有从属关系，即仍是自然形成的君长，或仍处于氏族或部落的发展阶段。至于商周统治者称“王”，则是沿袭了原来的王的称号，即商周最初的部落首领演变成了商周王国的最高统治者。
称王之外，随着周人发展出了天命观念，周王也就有了“天子”这一新的称号。许倬云等学者认为，就像“帝”属于子姓商人的信仰一样，中国特有的“天”属于姬姓周人的信仰，它们都是中国最初获得发展的早期宗教观念。周人由于有天的信仰，所以也就有了天命、天子这类观念。根据陈梦家的研究，西周初期金文，多称“王”而没有“天命”“天子”等等。西周中期以后，金文的“扬天子休”已极普遍，差不多代替了早期的“扬王休”。周王国的统治者或姬姓的周王，因此可以叫做天子。
从历史上看，中国古代的天子，应该是比皇帝更早出现的最高统治者的称号。不过，由于周人分封诸侯的存在，周王无论称王还是叫做天子，仍然不是实际统治天下的最高统治者。王国维说，“自殷以前，天子诸侯君臣之分未定也。”周初分封子弟之后，情况才发生了变化。“由是天子之尊，非复诸侯之长，而为诸侯之君。……盖天子诸侯君臣之分始定于此”。尽管天子与诸侯有了君臣之分，但实际统治天下的却是诸侯而非天子。
值得注意的是，无论王还是天子，他们作为至高无上的最高统治者或作为天下的君主，首先不是出现在现实的政治生活中，而是出现在先秦诸子的政治思想中。换句话说，早在天下的最高统治者实际出现之前，先秦诸子已经在理论上讨论了这个问题。
在儒家思想中，西周以来的诸侯可以叫做“人君”、“人主”或一般意义上的君主，但都没有称王的资格。直到战国时期，诸侯始终被看作是天子之臣，而“王”与“天子”一样，总是指天下的最高统治者。孟子说过：“以德行仁者王，王不待大，汤以七十里，文王以百里。”荀子也说：“天下归之之谓王，天下去之之谓亡。汤武者，修其道，行其义，兴天下同利，除天下同害，天下归之。”（公孙丑上、王霸）
儒家的此类说法，都是借“先王”的名义表达他们的这一观点，即王应该是统一并统治天下的最高统治者。也就是说，儒家思想中的王，已经具有后来皇帝的特征，或者已经赋予“王”以“天子”即天下君主的含义。荀子甚至对“天子”还有过十分准确的描述：“天子也者，势至重，形至佚，心至愈，志无所诎，形无所劳，尊无上矣。”（君子）
此外，儒家思想中还有“圣王”的提法，与此相对应的是，在法家思想中，出现了“帝王”这一称谓。韩非说：“君无术，则弊于上：臣无法，则乱于下。此不可一无，皆帝王之具也。”（定法）
在实际的政治进程中，圣王或帝王变成真正统治天下的皇帝，当然是在秦始皇灭诸侯成帝业之后发生的变化。据《史记•秦始皇本纪》记载，秦王政二十六年初并天下，第一个重大行动就是要求丞相、御史找出一个有别于王的称号，以便与以往称王的其他统治者相区别。他下令说：“寡人以眇眇之身，兴兵诛暴乱。赖宗庙之灵，六王咸服其辜，天下大定。今名号不更，无以称成功，传后世。其议帝号。”
丞相王绾、廷尉李斯等人大概有过认真讨论。他们的建议是：“臣等谨与博士议曰：‘古有天皇，有地皇，有泰皇。泰皇最贵。’臣等昧死上尊号，王为‘泰皇’。命为‘制’，令为‘诏’天子自称曰‘朕’。”秦王自己，又选择了帝的称号，由此形成的复合词就是“皇帝”。他的最终决定是：“去‘泰’著‘皇’，采上古‘帝’位号，号曰‘皇帝’。他如议。”
秦始皇所谓上古“帝”位号，应该就是子姓商人崇拜的帝，这个帝不是王而是神，因此具有某种神秘的意味。不过不管怎样，从商周的“王”以及周人的“天子”一直发展到秦始皇最终采用的“皇帝”称号，经历了差不多两千年的漫长演变过程。在这以前，中国并没有什么皇帝，在这以后，皇帝才成为至高无上的最高统治者的特定称号。