秦两汉时期，大一统帝国的建立与巩固为染色技艺的飞跃提供了前所未有的历史契机。中央集权制度下的资源统筹、跨区域贸易的繁荣、科技的积累与思想的整合，让染色技艺彻底摆脱了春秋战国时期的地域分割，迈入了体系化、规模化、精细化的发展新阶段，成为连接宫廷礼仪、民间生活与中外文明的重要纽带。
秦朝虽祚短，却为染色技艺奠定了统一的制度基础。秦始皇统一度量衡与货币的同时，也对染色行业推行规范化管理，在咸阳设立“少府”下辖的“东织室”“西织室”，专门负责皇室与官署的染色织物生产，其工艺标准与色彩规制被刻于竹简之上，要求“色正不邪，染工毋欺”。此时的染色更重实用与威严，黑色因“水德尚黑”的政治理念成为国色，从帝王的玄色朝服到兵士的黑色铠甲，均采用石墨与靛蓝混合染制，色泽沉稳耐腐。考古发现的秦代兵马俑，其衣物残痕中仍能检测到靛蓝、赭石等染料成分，印证了当时规模化染色的普及；而咸阳宫遗址出土的染缸，内壁刻有“工甲”“工乙”等工匠标识，反映了严格的分工制度，让染色质量得到精准把控。民间染坊则多集中于关中、蜀地等桑麻产区，以靛蓝染麻、茜草染布为主要业务，满足百姓日常需求，形成“官染重规，民染重效”的格局。
西汉国力强盛，染色技艺在制度保障与技术革新中迎来鼎盛。汉武帝时期，“盐铁官营”政策延伸至染料产业，朝廷设立“榷盐官”“铁官”的同时，专门管控茜草、靛蓝等重要染料的采集与流通，长安的“东西织室”规模扩大至数千人，不仅承担皇室服饰染色，更为丝绸之路的贸易提供大量染色织物。技术上的突破尤为显着：媒染法被广泛应用并升级，工匠们发现不同媒染剂可改变染料色泽——茜草用明矾媒染得深红，用铜盐媒染则成紫红，用铁盐媒染变为暗红，长沙马王堆汉墓出土的丝织品中，便有十余种由同一种染料经不同媒染剂处理而成的色彩，其中“绛紫”色织物更是采用“茜草+紫草+明矾”的复合媒染工艺，色泽华贵，仅用于贵族礼服。此外，红花染技术从西域传入，因其染色便捷、色彩鲜亮，迅速取代部分茜草染的应用，《齐民要术》中记载的“红花染法”，详细描述了如何提取红花中的黄色与红色色素，分别染制不同织物，让红色系色彩更趋丰富。民间染业在官营带动下蓬勃发展，蜀地的成都、广陵的扬州、会稽的绍兴成为三大染织中心：蜀地染坊将蜀锦染色与刺绣结合，用栀子染黄、靛蓝染青，套染出“翠碧”色，纹样融入茱萸、云气等吉祥元素，成为丝绸之路的畅销品；扬州的麻布染色以“白练”着称，采用石灰漂白与日光晾晒相结合的工艺，让苎麻布“洁白如雪”，再经轻染成月白、浅青等色，成为文人雅士的偏爱；绍兴的靛蓝染布则因“耐洗不褪”远销北方，民间流传“会稽青，三年不褪”的谚语。
东汉时期，染色技艺进一步向精细化与生活化延伸，官营与民营的界限逐渐模糊，技术交流更为频繁。洛阳作为都城，设立“织室令”管辖官营染坊，创新出“绞缬染”的简化工艺，用麻绳代替丝线扎结布料，染出的花纹更为粗犷自然，适合批量生产，常用于宫廷侍女与贵族家眷的日常服饰。民间染坊则发明了“蜡染”的雏形，用蜂蜡混合松脂绘制纹样，染后脱蜡，形成白底蓝花的简洁图案，成本低廉且美观，迅速在南方民间普及，贵州安顺出土的东汉蜡染布残片，纹样为简单的几何图形与花鸟，印证了这一工艺的早期形态。染料制取技术也更为高效，如靛蓝染发明了“发酵缸”，通过控制温度与添加草木灰调节酸碱度，缩短染色周期，让靛蓝布的产量大幅提升；而栀子染则采用“煮汁浓缩”法，将栀子果煮汁后晒干制成染料块，便于储存与运输，推动了黄色织物的普及。这一时期，染色与社会文化的融合更为深入，儒家“五色配五行”的理念被广泛接受，朱、赤、黄、白、黑为“正色”，象征仁义礼智信，用于正式场合；其余为“间色”，用于日常服饰，形成了成熟的色彩伦理体系。文学作品中对染色织物的描写愈发细腻，《古诗十九首》中“青青河畔草，郁郁园中柳；盈盈楼上女，皎皎当窗牖；娥娥红粉妆，纤纤出素手”，以“红粉”（红花染制的化妆品与衣物）衬托女子容颜，展现了染色在日常生活中的审美价值；而《汉书·地理志》中“齐三服官作工各数千人，一岁费数巨万”的记载，更凸显了染色业在国家经济中的重要地位。
考古发现为秦两汉染色技艺的辉煌提供了直接物证。除马王堆汉墓的丝织品外，新疆尼雅遗址出土的汉代“五星出东方利中国”织锦，以绛红、草绿、明黄、宝蓝、白色五种色彩织成，其中宝蓝色来自靛蓝与石青的混合染制，草绿色则为栀子黄与靛蓝的套染成果，色彩搭配和谐，纹样蕴含天文历法与吉祥寓意，是中外染色技艺融合的典范；甘肃武威磨嘴子汉墓出土的麻布衣物，采用“多次浸染”的靛蓝染工艺，色彩从浅蓝到藏青