描绘同盟会成立情形的油画
1905年7月，在黑龙会领袖内田良平的牵线下，孙中山返回日本东京。孙中山在东京倡导筹备成立中国同盟会。
1905年8月20日，在东京市赤坂区头山满提供的民宅二楼榻榻米房，中国革命同盟会成立（为了避免日本政府方面的反对，随后改名为中国同盟会），孙中山被推举为总理，黄兴等任庶务；除制定了《军政府宣言》、《中国同盟会总章》和《革命方略》等文件，并决定在国内外建立支部和分会，联络华侨、会党和新军，成为全国性的革命组织。
同盟会的前身是湖南华兴会（黄兴、宋教仁、陈天华等）和广东兴中会（孙中山、胡汉民、汪精卫等），除此之外还有江浙光复会（章太炎、陶成章、蔡元培、秋瑾等）、科学补习所、青帮、洪门等多个组织参与加入。
孙中山与新加坡同盟会会员合照
同盟会确认其政纲是孙中山提出的：“驱除鞑虏，恢复中华，创立民国，平均地权”十六字纲领；发行《民报》作为机关刊物（原名《二十世纪之支那》，为华兴会机关刊物，同盟会成立后在1905年易名《民报》）。
中国同盟会与孙中山设想的一个政府组织如下：在总理下设行政部、立法部和司法部，这实际上是三权分立的原则。
《民报》在章炳麟、陶成章等主编下，由胡汉民、汪精卫等执笔，与主张保皇、由康有为、梁启超执笔的《新民丛报》展开激烈论战，成为革命思想的重要阵地。
中国同盟会证书
中国同盟会曾在中国多处组织起义，试图推翻清政府。自1906年起，同盟会联合地方会党，先后发动了多次起义。
1906年12月的萍浏醴起义是同盟会正式成立后发动的第一次大规模的武装起义，是太平天国以后中国南方爆发的一次范围最大的反清革命，牺牲义军将士及其亲属逾万人。