南宋初年，宋高宗赵构随身携带此画南渡临安，此画归南宋内府收藏。
元代时，《千里江山图》为元代著名书画家李溥光和尚所收藏。
明末清初之际，《千里江山图》为当时著名的藏书家、文学家梁清标所得。
在乾隆年间，《千里江山画》收入宫中，开始在清代内府秘藏，并著录于《石渠宝笈?初编?御书房》。
此后，《千里江山图》一直收藏于清代内府，直至清代末期。
清代末年，《千里江山图》被清末皇室成员从宫中带出，几经流落，最后辗转珍藏于北京故宫博物。
千里江山图》画卷意境雄浑壮阔，气势恢宏，充分表现了自然山水的秀丽壮美，为我国青绿山水巅峰杰作，被誉为北宋宫廷画院“山水神品”。此图画成后，先被宋徽宗收藏于北宋内府。当时的人们称赞《千里江山图》为：“一点一画均无败笔，远山近水，山村野市，渔艇客舟，桥梁水车，乃至飞鸟翔空，细若小点，无不出以精心，运以细毫。人物如蚁，不可胜数，生息劳作，生动活泼。”
《千里江山图》创作问世以后，宋徽宗赵佶将《千里江山图》赏赐给了当时的权臣蔡京。蔡京是私人收藏此画的第一藏家，关于他收藏此画的具体情况，从《千里江山图》卷后的题跋中便可得知。画卷上虽无作者款、印，但卷后隔水黄绫上蔡京的题跋作了很好的说明：
政和三年闰四月八日赐。希孟年十八岁，昔在画学为生徒，召入禁中文书库，数以画献，未甚工。
上知其性可教，遂诲谕之，亲授其法，不逾半岁，乃以此图进。上嘉之，因以赐臣京，谓天下士在作之而已。
蔡京的这段跋文，区区几十个字就证明了此画是真迹无疑，并记录了《千里江山图》成画的这段历史。跋文的大意是：政和三年，宋徽宗赐给我这张画，王希孟当年18岁，在北宋时期的画院为生徒，后被升入文书库。曾多次给皇帝献画，可是都不算好。但是宋徽宗看他是个人才，有可造就之处，就亲自指点他，教了半年就画出这幅画，徽宗很赞赏，把画赐给了我……
由此卷后隔水黄绫上蔡京的题跋中，后人才知道这一幅山水巨制的作者叫王希孟。他在宋徽宗指点下，半年就有了很大的进步，画出这样一幅巨画，可见宋徽宗的书画造诣和艺术教育水平是何等高深。
同时，王希孟能够创作出这样不平凡的作品来，并不是由于他有什么“天才”，而是由于他勤奋好学所致。因为蔡跋中说到他“数以画献，未甚工”，可见他具有顽强好学和勇于艺术实践的精神。
当然，王希孟在北宋皇家画院中，首先具备良好的学画条件，周围有许多前辈画师，便于观摩学习前代优秀绘画作品。
宋徽宗赵佶本人也是一个优秀的书画家，他对王希孟的指导和鼓励，起着一定的促进作用，而当时的王希孟，能够得到皇帝的亲自指教，本身就是一种极高的荣誉。
宋钦宗赵桓即位后，蔡京被贬岭南，《千里江山图》被北宋内府收藏。南宋初年，宋高宗赵构随身携带此画南渡临安，此画归南宋内府收藏，在画卷前钤有宋理宗赵昀的“缉熙殿宝”收藏印。
元代时，《千里江山图》为元代著名书画家李溥光和尚所收藏。溥光和尚在反复细致地观赏了《千里江山图》后，对此图推崇备至，不仅在画上钤有“雪庵”和“溥光”印，还于1303年在画卷后题跋赞道：
予自志学之岁获观此卷，迄今已仅百过，其功夫巧密处，心目尚有不能周遍者，所谓一回拈出一回新也。
又其设色鲜明，布置宏远，使王晋卿、赵千里见之亦当短气。在古今丹青小景中，自可独步千载，殆众星之孤月耳。
明末清初之际，《千里江山图》为当时著名的藏书家、文学家梁清标所得，他除了在画上签题为王希孟作外，还在画卷图心及前后隔水、接纸上盖有“梁清标印”“蕉林”“苍岩子”“蕉林鉴定”“蕉林书屋”“安定”“河北棠村”“观其大略”“冶溪渔隐”“玉立氏”和“蕉林秘玩”等梁氏钤印多处。
康熙年间，著名书画收藏家宋荦在梁清标家里看到了《千里江山图》，于是就画上题诗：
宣和供奉王希孟，天子亲传笔法精。
进得一图身便死，空教肠断太师京。
宋荦在《论画绝句》中提出此画卷作者希孟姓“王”的同时，他在画卷后附注写道：
希孟天姿高妙，得徽宗密传，经年作设色山水一卷进御，未几死，年二十余，其遗迹只此耳……
因此，后世都认同梁清标和宋荦的论述，认定王希孟为《千里江山图》的作者。其后，在乾隆年间，《千里江山画》收入宫中，开始在清代内府秘藏，并著录于《石渠宝笈·初编·御书房》。此后，乾隆皇帝在《千里江山图》卷首御题诗一首：
江山千里望无垠，元气淋漓运以神。
北宋院诚鲜二本，三唐法从弗多皴。
可惊当世王和赵，已讶一堂君与臣。
易不自思作人者，尔时调鼎作何人？
此诗意思是说：画面上千里江山一望无垠，画家调动神灵画境元气淋漓，在北宋画院中实在不能找到第二件这样的作品，就是从盛唐至唐代中晚期的画家里，也没传授过这样的皴法，这幅画能让当代最著名的王诜和赵伯驹等惊诧，更让同朝的徽宗、蔡京君臣惊讶，何不思考培育画家的人，那时何人能运作如此自如成熟？
此外，由于乾隆皇帝特别喜欢《千里江山图》，他在画卷上钤印及盖玺就多达数十方，如“太上皇帝之宝”“乾隆鉴赏”“乾隆御览之宝”“三希堂精鉴玺”“石渠宝笈”“宜子孙”“御书房鉴藏宝”“乾隆预览之宝”“石渠继鉴”“古稀天子之宝”“犹日孜孜”“五福五代堂古稀天子宝”和“无逸斋精鉴玺”等。
此后，《千里江山图》一直收藏于清代内府，直至清代末期。画卷后钤有“嘉庆御览之宝”“宣统御览之宝”和“宣统鉴赏”等诸多皇家钤印。清代末年，《千里江山图》被清末皇室成员从宫中带出，几经流落，最后辗转珍藏于北京故宫博物。《千里江山图》是“中国十大传世名画”之一。
