宫城
北京紫禁城修建于明永乐四年至十四年。城墙周长3.4公里，高10米，基厚8.62米，顶宽6.66米，上有高0.84米的雉堞。城墙内外各包2米厚的城砖，内为夯土及石块。城墙宫城四角有重檐歇山顶十字曲尺形角楼。宫城辟四门：
午门：宫城正门。建于13.5米高的凹字形城台上，正楼为九间五进重檐庑殿顶殿宇，左右为深阔各五间的方亭，向南各以十三间廊庑（俗称“雁翅楼”）与南端方亭连接。乾隆朝后在城台左右两阙下分置嘉量、日晷。城台正中辟三门阙，为过梁式方门，城台左右拐弯处有两座掖门。
玄武门（神武门）：宫城北门。五间三进重檐庑殿顶殿宇，无雀替。下为三阙过梁式方门。明清时此门外还有北上门，20世纪50年代拆除。
东华门：宫城东门，规制与神武门相同。
西华门：宫城西门，规制与神武门相同。
此外，《清会典》中有宫城辟六门的记载，是将午门东西两阙下的掖门算作单独的城门。
护城河及水系
今北京城之前身——元大都城的四周都有护城河。1368年明朝军队占领元大都后将北城墙南移，利用挖土筑城后留下的沟渠修建了北护城河，同时开凿出前三门护城河，使原先元大都的东、西护城河与前三门护城河相连接。嘉靖朝修筑外城墙时，也开凿了护城河。
北京护城河水系来水方向为西北玉泉山、白浮泉等地，经长河抵西直门外高梁桥，然后分为两路。一路向东，经德胜门水关再分为两支，南支注入城中积水潭、三海，进入宫城护城河（筒子河），然后经正阳门东水关流入内城南护城河；东支继续东行，在东北角楼处南转成为东护城河，在东便门西水关以北同内城南护城河合流。第二路从高梁桥向南，在西便门水关分为两支，一支转向东，成为内城南护城河；另一支向西、向南，成为外城护城河，在东便门水关与内城南护城河和东护城河汇合，注入通惠河。
北京内城护城河以正阳门之东的南河道最宽，为30至50米；东直门与朝阳门间河道最窄，约10米。河水最深处3米，最浅处（阜成门附近）为1米左右。外城护城河比内城窄浅。经过多年使用，至清朝末年，护城河已与天然河道无异。
在北京城墙上设有水关，为城市进水、排水通道。内城有7座水关：德胜门西水关（内城进水口，3孔）、东直门南（排水口，1孔）、朝阳门南（排水口，1孔）、崇文门东（排水口，1孔）、正阳门东（排水口，1孔）、正阳门西（排水口，3孔）、宣武门西水关（排水口，一孔）。外城设西便门东水关（外城进水口，3孔）、东便门西水关（外城进水口，3孔）和东便门东水关（内城、外城总排水口，3孔）共计3座水关。水关基础为三合土夯筑，上覆石板、石块，再覆城砖，顶部砌成券顶式或过梁式。每座水关均设2—3层铁栅栏，并派士兵看守。
护城河对旧时北京的城市生活发挥了巨大的作用。明朝永乐年间至清朝中叶，南护城河东段为水路运送漕粮的主要渠道。而前三门护城河和南护城河是冬季冰上运输线。百姓出游多从东护城河登舟，沿河南行出东便门，经通惠河远游通州一带。每逢中元节，黎民百姓拥向前三门护城河，放河灯、赏河灯，冬季则从河上取冰。此外护城河内还种植莲藕、芡实，养殖鱼鸭，在经济方面具有很高的价值。
1953年的测算数据显示，北京护城河的总长为41.19公里。然而随着北京城区面积的快速扩大，护城河相继被填或变成了暗河。1960年代，前三门护城河被改成暗河；西护城河、东护城河、北护城河相继在20世纪70年代被改成了暗河。如今，北京护城河只有内城北护城河、外城的南护城河还保留了露天河道。
除护城河外，20世纪60年代中期至70年代中期，市区内不少颇具历史文化价值的湖泊被填埋（如太平湖），填埋水面面积总和达到了33.4公顷。其他的一些城市水系，如龙须沟、莲花池等，或面积缩小，或被填没。不过，政府也将原先的一些野外散落水洼重新修整成为一个大湖泊，如陶然亭湖、龙潭湖、玉渊潭、紫竹院湖等。20世纪50年代后又新建了昆玉河、京密引水渠等河道。
元大都土城
元大都城共有城门11座，其中东、南、西三面各三座，只有北面是两座，东面三门由北至南依次为光熙门、崇仁门、齐化门；南面三门中顺承门在西，文明门在东，丽正门居中；西面三门由北向南依次为肃清门、和义门、平则门；北面两门安贞门在东，健德门在西。
明初，徐达主持重建新城，由于过去的元大都城面积过大，故在北城墙南面5里处建起新城墙添建一道夯土城墙。洪武四年后，元大都城的北城墙被废弃，原来北城墙上的安贞门和健德门，以及东、西城墙上最北边的光熙门和肃清门也因此废弃。但是明朝时期土城仍为京师防御的辅助防线，俺答之变时，在土城（尤其是改名“德胜门外土关”的健德门附近）仍有明军驻守。
元大都土城现存北段、西段城墙遗迹，以及护城河遗址。肃清门瓮城土墙南半部遗迹也清晰可见。
北京城池是中国历史上最后两个朝代的国都所在，也是中国历史上兴建的最后一座帝王都城。作为封建王朝的政治、文化、军事和经济中心，北京城在许多方面体现了明清时代中国城市规划和城市建设的最高成就。北京城池在营建中总结并吸收了元大都、明南京和金中都的城市建设中的设计优点。明初的北京城池经过精心规划，平面整齐划一。自南向北延伸的中轴线把全城一分为二，东西布局对称，体现了儒家“居中不偏”、“不正不威”的思想。全城平面以宫城为核心，在宫城之北的全城几何中心点上布置“镇山”——万岁山（景山）、宫殿、御苑、离宫和皇室生活服务设施全部集中于皇城中，其南为衙署集中区，其外依次以内城、外城为拱卫。城中街道平直整齐，错落布置府第、寺院、道观、商业区和风景区，礼制建筑向四面展开，外围布置以皇家苑囿、皇陵、长城，自内向外井然有序，体现了皇权至上的观念，使其庄严宏丽程度远远胜于元大都。在城防建筑的设计上，北京城池也吸取了北宋《武经总要》和南宋时期已经发展健全的城池建造经验，以砖石城墙为基础，箭楼、角楼、瓮城、敌台、闸楼、城壕等为依托，组成了平面和立体的综合防御体系，是中国古代城市建筑史上防备最完善的都城之一，反映了封建社会后期建筑工程技术的极高水平。
随着复兴传统文化的声音增强，2001年至2002年，位于北京站南的北京内城南城垣东段城墙被整理修复，作为“明城墙遗址公园”开放。2005年至2006年，北京内城东城垣南段遗址整修完毕，也被纳入明城墙遗址公园。目前在讨论中的规划包括恢复北京古观象台段的城墙和敌台，以及复建外城东南角楼，恢复正阳门瓮城等。