公元前190年，刘邦的儿子刘盈（汉惠帝）追怀高祖功德，诏令天下，兴建高祖庙，五年，以家乡丰县有枌榆祠，故敕令在沛县泗水亭旁建“汉高祖原庙”。
公元前195年，汉高祖刘邦病逝。嫡长子刘盈即位，即孝惠皇帝。孝惠及群臣认为，先皇出身微细，拨乱反正，平定天下，为汉太祖，功最高，敬上尊号为高皇帝。为世世代代纪念汉高祖刘邦的丰功伟绩，惠帝诏令各郡各国各诸侯，立高祖庙，年节时令祭祀。到了孝惠帝五年(前190年)，惠帝令改泗水亭沛宫为高祖原庙，以高祖在沛唱《大风歌》所教120名少年作乐队，每有出缺，即行补足。
据史料记载，历代王朝对沛县汉高祖原庙极为尊崇，并进行祭祀或修建。东汉光五帝刘秀，北魏孝文帝(459年)，都曾到此祭祀，唐玄宗于天宝七年(748)五月，诏令厉代帝王肇基的地方各置一庙，沛县汉高祖庙以张良、萧何为配。
历代著名文人对沛县汉高祖原庙多有文字作品传世。唐朝柳宗元有《高祖原庙碑铭》。全文一千余字，歌颂了汉高祖刘邦创建汉朝的光辉业绩。
高祖原庙为两进式宫殿，前殿有高祖庙，后有寝宫，春秋享祭。宋代之后已经毁坏不存。1996年在新址重建。现庙门额为当代大书法家赵朴初题写，大殿“乐沛殿”为徐州书协主席王冰石题写。大殿塑高祖刘邦镏金巨像，两侧有两汉24帝画像。院中青松翠柏，新刻立有唐代大文学家柳宗元所撰“汉高祖原庙铭”碑。