1905年夏，孙中山等革命党人，感到各革命小团体的分散活动，已经不能适应日益高涨的反清革命的需要。形势的发展，需要各革命团体实现大联合，建立一个统一的革命政党，以领导日益高涨的中国革命运动。
为此，孙中山周游欧美各国，在中国留学生和当地华侨中积极开展革命宣传和组织工作的同时，也来到留学生较为集中的日本东京，广泛地进行宣传联络工作。他首先找到黄兴，商定与华兴会联合的问题，得到黄兴的赞同。不久，孙中山又与华兴会主要骨干成员宋教仁、陈天华晤谈，反复说明互相联络、建立统一的革命团体的必要性。华兴会在留日学生中具有举足轻重的地位，黄兴、宋教仁、陈天华等人赞同合作，保证了统一的革命团体得以迅速建立。
在条件成熟的情况下，1905年7月30日下午，各省革命志士七十余人在东京赤坂区桧町三番黑龙会会所召开了同盟会成立前的预备会议。在这次会议上，孙中山被推为主席，并首先就革命理由、革命形势与革命方法发表演讲，详言各革命团体联合起来，组成统一的革命组织的必要性。演讲约一个小时。接着，由黄兴宣布会议宗旨在于成立革命组织，请与会者签名，以示正式加入。曹亚伯率先签名，其他人随之也都签了名。接着，会议讨论组织名称，孙中山提议定名为中国革命同盟会，这个提议得到与会者的一致赞成。但为方便活动，会议议定组织名称统称中国同盟会。在讨论组织的宗旨时，孙中山建议以“驱除鞑虏，恢复中华，建立民国，平均地权”为同盟会的革命纲领，有些人对“平均地权”表示怀疑，要求取消，但经过解释后获得通过。黄兴随即提议推举孙中山为本党领袖，大家皆举手赞成。接着，由孙中山起草盟书，经会议公推黄兴、陈天华两人审定。
誓词全文如下：
当天发誓，驱除鞑虏，恢复中华，建立民国，平均地权，矢信矢忠，有始有卒，如或渝此，任众处罚。
随后，由孙中山领导大家举手宣誓，并由孙中山分别口授会员握手暗号和秘密口号。事毕，孙中山和与会者一一握手，欣然祝贺说：“为君等庆贺，自今日起，君等已非清朝人矣。”这时，会场后面的坐席因人多不负重压，忽然轰的一声坍倒。孙中山目睹此景，诙谐地对大家说：“此乃颠覆满清，革命成功之预兆。”大家为他的风趣与机智热烈鼓掌。
最后，会议推举黄兴、陈天华、马君武等八人起草同盟会章程，准备召开成立大会。
经过二十多天的紧张筹备，8月20日，中国同盟会在东京赤坂区灵南坂日本人阪本金弥家召开正式成立大会，到会者一百多人。会上首先通过了同盟会章程。章程规定：“本会以驱除鞑虏，恢复中华，建立民国，平均地权”为宗旨，凡其他革命团体宗旨相同而又“愿联为一体者，概认为同盟会会员”。接着，黄兴提议选举孙中山为同盟会总理，全体赞成。根据三权分立原则，同盟会在东京总部设执行、评议和司法三部。执行部掌行政，负责组织革命的实际活动，由黄兴任庶务；评议部掌立法，由汪兆铭任议长；司法部掌司法，由邓家彦任总长。除东京本部外，同盟会在国内设东(上海)、西(重庆)、南(香港)、北(烟台)、中(汉口)五个支部，支部下按省设分会，推定了各省分会的主盟人。海外华侨分南洋、欧洲、美洲、檀香山四个支部，支部下按国别、地区设分会。
同盟会的成立，是中国历史上开天辟地的一件大事，从此，资产阶级革命党实现了空前的联合，以此为标志，反清反专制革命进入了一个新的阶段。