Иван Грозный издавна интересовал Толстого. Писатель изобразил его в «Князе Серебряном» и балладах. В течение всего XIX века к образу Ивана IV часто обращались и историки, и писатели. При этом в первой половине века господствовала концепция Н.М. Карамзина. Автора «Истории Государства Российского» интересовала главным образом морально-психологическая сторона личности Грозного, его загадочный, противоречивый облик: «разум превосходный», неутомимая деятельность — с одной стороны, и жестокость «тигра», «бесстыдное раболепство гнуснейшим похотям», крайняя подозрительность — с другой. Тесно связан с карамзинским образ Ивана IV и у Толстого. О другой точке зрения на Грозного, отвергнутой Толстым, см. на с. 605.
Ни Карамзин, ни Толстой не относились к Ивану Грозному с академическим бесстрастием, но относились по-разному. Карамзин мысленно противопоставлял ему «просвещенных монархов», какими были в его глазах Александр I и Екатерина II. В сознании Толстого от деспотизма Ивана IV тянулись нити к современным ему политическим порядкам.
Главным историческим источником «Смерти Иоанна Грозного», как и всей драматической трилогии, является «История Государства Российского». В основе всего первого действия трагедии лежит небольшой отрывок «Истории», рисующий переживания Ивана IV после убийства сына, его отказ от престола и настроения боярства в связи с этим, наконец, согласие «носить еще тягость правления». Отдельные же мотивы, фразы и слова этого отрывка отразились в обращении Захарьина к боярам, в мечтах Ивана о принятии схимы и пр. Материалом для рассказа гонца во второй сцене первого действия послужило описание осады Пскова. Толстой заимствовал из него целый ряд сюжетных моментов и описательных деталей, но хронологически сблизил их, между тем как у Карамзина они отнесены к разным моментам осады. Основным источником первой сцены четвертого действия является отрывок о комете и произведенном ею на Ивана впечатлении, вызове волхвов и пр. В качестве примера словесного заимствования можно указать на слова Грозного, обращенные к Федору: «Цари с любовию, и с благочестьем, // И с кротостью». Ср. у Карамзина: «Убеждал Федора царствовать благочестиво, с любовию и милостию».
Кроме «Истории» Карамзина Толстой — правда, в несравненно меньшей степени — воспользовался «Сказаниями князя Курбского» (письмо Курбского во второй сцене первого действия, чтение синодика в четвертом действии). Главные действующие лица трагедии — лица исторические. Однако большинство членов Боярской думы — это не исторические лица, а лица, лишь наделенные историческими фамилиями. Результатом художественного вымысла является вся роль Сицкого.
Как почти все исторические драматурги, Толстой уплотнял события во времени, объединял факты, относящиеся к разным, иногда довольно далеким моментам. Действие пьесы происходит в 1584 году — в год смерти Ивана Грозного. Но к нему отнесен целый ряд событий, имевших место и раньше и позже. Так, убийство сына и отречение Ивана от престола, осада Пскова и пожар в Александровской слободе относятся ко второй половине 1581 года.
Кроме того, Толстой нередко придавал иной смысл некоторым фактам, создавал иные связи между событиями, устанавливал иную их последовательность, менял характеристики и психологические мотивировки, исходя из своего понимания героев и эпохи и из своих идейных и драматургических заданий. Борис Годунов, например, резко выдвинут на первый план, он является у Толстого участником целого ряда эпизодов, к которым в действительности не имел отношения. Вся роль Бориса в первом действии, противодействие браку Ивана Грозного с Гастингской княжной, совет Ивана Федору во всем слушаться Бориса, наконец, самое «убийство» Грозного — все это художественный вымысел. Предсказание Борису престола отнесено летописцем ко времени царствования Федора, а Толстой перенес его на несколько лет назад, когда Борис вряд ли мог мечтать о престоле. Вообще «Смерть Иоанна Грозного» написана с ориентацией на дальнейшую биографию Бориса. Характерно, что уже здесь выведен Битяговский, связь которого с Борисом относилась современниками к более позднему времени. В сознании читателя и зрителя от участия Битяговского в борьбе Бориса с боярами, от возбуждения народа против Шуйского и Бельского тянутся нити к убийству Дмитрия. Вся карьера Бориса дана в «Смерти Иоанна Грозного» в катастрофическом нарастании. Сам Толстой писал в «Проекте постановки», что «по праву драматурга… сжал в небольшое пространство несколько периодов жизни этого лица, которых историческое развитие требовало гораздо дольшего времени».