Thành hình gần vuông, mỗi cạnh trên dưới 800m và chu vi trên 3,5 km. Thành phía ngoài xây bằng đá, bên trong xây bằng đất đầm nện chắc, mở bốn cửa theo bôn hướng Nam, Bắc, Đông, Tây. Tường thành đá bên ngoài xây bằng những khối đá nặng trung bình 10-16 tấn, có khối nặng đến trên 26 tấn, được đẽo gọt khá vuông vắn và lắp ghép theo hình chữ công (I) tạo nên sự liên kết kiên cố. Đất đắp bên trong thoai thoải dần. Thành qua thời gian trên 6 thế kỷ đã bị bào mòn và có chỗ bị sạt lở, nhưng di tích tường thành chỗ còn lại vẫn dày khoảng 4-6m, chân thành rộng khoảng trên 20m. Bốn cửa thành xây theo kiểu vòm cuốn, bằng đá, riêng cửa Nam là cửa chính có ba cổng ra vào, dài trên 34m, cao hơn 10m. Hào bao quanh thành cho đến nay vẫn còn có đoạn rộng khoảng 10-20m và La thành bảo vệ vòng ngoài. Theo sử liệu, trên thành còn xây tường bằng gạch mà khảo cổ học đã phát hiện khá nhiều, trên nhiều viên gạch còn khắc tên đơn vị các làng xã được điều động về xây thành. Ngoài ra còn nhiều kiến trúc khác, trong đó đàn Nam Giao xây trên sườn phía Tây Nam núi Đốn Sơn bằng đá quy mô khá lớn. Hiện các kiến trúc cung điện, tường gạch bên trên thành cùng các bộ phận bằng gạch, gỗ bị sụp đổ, hủy hoại và tòa thành cũng không tránh khỏi có phần bị sạt lở, nhưng gần như tổng thể kiến trúc bằng đá vẫn tồn tại.