此诗首联点出登楼的缘由和时间，说明自己登楼是在刚来兖州省亲之时。“趋庭”用《论语·季氏》孔丘的儿子“鲤趋而过庭”的故事，指明是因探亲来到兖州，借此机会登城楼“纵目”观赏。“初”字确指这是首次登楼。
颔联是全诗精彩片段，写“纵目”远眺所见开阔的视野：浮云与渤海、泰山相连，平野东入青州、南入徐州之境，一片苍茫。“浮云”“平野”四字，用烘托法表现兖与邻州都位于辽阔平野之中，浮云笼罩，难以分辨。“连”“入”二字从地理角度加以定向，兖州往东与海“连”接，往西伸“入”楚地，不但十分壮观，而且很是传神。
颈联点明兖州境内有峄山秦始皇的颂德刻石和鲁共王的灵光殿等古迹，引起怀古之情。“在”“馀”二字从历史角度进行选点，秦碑、鲁殿在“孤嶂”“荒城”中经受历史长河之冲刷，一存一残，个中原因是很能引起人们对传统文化的反思的。
尾联是全诗的总结。“古意”承颈联“秦碑”来。“多”说明深广。它包含两层意思。其一诗人自指，意为诗人向来怀古情深；其二指兖州，是说早在东汉开始兖州建置前，它就以古迹众多闻名。这就是杜甫登楼远眺，会生起怀古情思的原因。“临眺”与颔联“纵目”相照应。“独”字很能表现杜甫不忍离去时的“独”特感受。
此诗是杜甫现存最早的一首五言律诗，与他同时所作的五言古诗《望岳》堪称异曲同工。杜甫早期五律虽还未形成独特风格，但此诗已初次显露出他的艺术才华。五律的一般写法是前起后结，中四句二写景二写情。此诗中四句都是写景，而前景寓目、后景感怀，是对传统写法的突破。此诗虽属旅游题材，但诗人从纵横两方面，即地理和历史的角度，分别进行观览与思考，从而表达出登楼临眺时触动的个人感受，是颇具特色的。诗人一方面广览祖国的山海壮观，一方面回顾前朝的历史胜迹，而更多的是由临眺而勾引起的怀“古”意识。
在艺术上此诗一、二、三联均运用了工整的对句。“ 东郡”“南楼”、“趋庭”“纵目”、“浮云”“平野”、“海岱”“青徐”、“孤嶂”“荒城”、“秦碑”“鲁殿”，都是实写。尾联才由“临眺”引出思“古”之“意”，则带有虚写的意味。而二、三联“连”“入”“在”“余”四字，通过对仗，将海岱连接，平野延伸，秦碑虽存，鲁殿已残等自然景观与历史胜迹，在动态中分别表现出来。尾联“多”“独”二字尤能传达作者深沉历史反思与个人独特感受。无怪乎叶石林评论说：“诗人以一字为工”，“惟老杜变化开阖，出奇无穷”。