Từ sau ngày hoà bình lập lại (10/10/1954), Hỏa Lò là nhà tù của chế độ Việt Nam Dân chủ Cộng hòa, nhà tù được đổi tên là “Trại giam phạm nhân Hà Nội” và giao cho Ủy ban Quân quản Hà Nội, trực thuộc quyền quản lý của Công an thành phố.

Sự kiện nổi bật: Trong thời kỳ những năm 1964 đến năm 1973 của Chiến tranh Việt Nam: đây là nơi giam giữ những phi công Mỹ còn sống cho đến sau Hiệp định Paris 1973. Các tù binh phi công Mỹ gọi ngục Hỏa Lò là "Hanoi Hilton". Trong các tù binh Mỹ bị bắt, nổi tiếng nhất sau này là Thượng nghị sĩ Hoa Kỳ John McCain.

Ngoài ra, nhà tù Hỏa Lò còn là nơi giam giữ những người được cho là tình báo của Việt Nam Cộng hòa phái ra phá hoại miền Bắc thời đất nước chia cắt và cũng là nơi giam giữ những người bị cho là liên quan đến những vụ án Xét lại chống Đảng sau năm 1954 tại miền Bắc.

Năm 1993, để đáp ứng nhu cầu phát triển của Thủ đô, Nhà nước Việt Nam quyết định: một phần của nhà tù Hỏa Lò được sử dụng để xây dựng cao ốc thương mại với tên Tháp Hà Nội - "Hanoi Tower". Khu trại giam hiện chuyển xuống khu vực Xuân Phương, Cầu Diễn, Nam Từ Liêm, Hà Nội mang tên là Trại tạm giam số 1 của Công an Thành phố Hà Nội. Ngày nay, Hỏa Lò chỉ còn lại một phần (hơn 2.000 m2) tiếp giáp đường phố Hỏa Lò được bảo tồn, tôn tạo thành Khu Lưu niệm Nhà tù Hỏa Lò.

Tại khu Lưu niệm này có đài tưởng niệm các chiến sỹ yêu nước, cách mạng đã hy sinh tại nhà tù Hỏa Lò, mô hình tái tạo hình ảnh các chiến sĩ cách mạng trong lao tù, chiếc máy chém mà thực dân Pháp đã dùng để hành quyết các chiến sĩ yêu nước, cách mạng và hệ thống trưng bày nhiều hiện vật, hình ảnh tư liệu quý.

Nhà tù Hỏa Lò vừa là minh chứng về sự hy sinh, chịu đựng gian khổ, tinh thần đấu tranh kiên cường, bất khuất trước kẻ thù của các chiến sĩ cách mạng Việt Nam, vừa là bản án tố cáo chế độ nhà tù man rợ của chế độ thực dân Pháp trong thời kỳ đô hộ ở Việt Nam.

Hiện nay, di tích nhà tù Hỏa Lò đã trở thành “Địa chỉ đỏ”, nơi giáo dục truyền thống yêu nước, cách mạng tới mọi tầng lớp nhân dân, đặc biệt là thế hệ trẻ của Thủ đô và cả nước;  nơi thu hút đông khách trong nước và quốc tế đến tham quan, nghiên cứu và học tập