Sử chép rằng Cửa Bắc được xây dựng từ thời Nguyễn, trên nền Cửa Bắc của thời Lê và hoàn thành năm 1805. Cửa Bắc được xây dựng theo kiến trúc vọng lâu: phía trên là lầu, phía dưới là thành.[1]

Cửa Bắc nay nằm trên đường Phan Đình Phùng thuộc quận Ba Đình, Hà Nội. Cửa Bắc là một khối gần như vuông dạng hình thang, tường hai bên xoải ra. Lòng cửa là vòm cuốn xây gạch. Mép cửa kè đá hình chữ nhật, riềm trên bằng đá trang trí viền cánh sen. Trên nóc cửa có vọng lâu là một phương đình 8 mái.

Phía bắc trán cửa có gắn tấm biển, ở giữa khắc nổi ba chữ Hán "Chính Bắc Môn" (門北正 (Môn Bắc Chính), viết và đọc từ phải sang trái kiểu truyền thống). Riềm cửa gắn biển đá trang trí nổi hoa dây. Bên cạnh phía phải gắn một tấm biển đá khắc ngày 25 tháng 4 1882,[2] đánh dấu ngày quân Pháp khai hỏa, bắn vào thành và chiếm lấy thủ phủ xứ Bắc Kỳ. Tường cửa còn nguyên dấu đạn pháo của quân xâm lăng.[1]

Trên lầu hiện là nơi thờ Nguyễn Tri Phương và Hoàng Diệu - hai vị Tổng đốc đã có công cùng nhân dân thành Hà Nội chống trả lại kế hoạch xâm chiếm thành của thực dân Pháp. Hai ông đều nhận lấy cái chết dầu không giữ được thành.