Ban đầu thành đợc đắp bằng đất, tới năm 1827 vua Minh Mạng cho xây lại bằng gạch. Thành có dạng hình vuông, chu vi tờng thành là gần 2.000 m, cao 9,4 m, dới chân dày 12 m, bao quanh có hệ thống hào, bốn góc thành là 4 pháo đài cao nhô hẳn ra ngoài. Trong những năm 1809-1945 nhà Nguyễn lấy làm thành lũy quân sự và trụ sở hành chính. Từ năm 1929, Pháp xây dựng thêm nhà lao ở đây và biến nơi đây thành nơi giam cầm các những ngời có quan điểm chính trị đối lập. Thành đợc xây theo lối kiến trúc thành trì Việt Nam với tờng thành bao quanh hình vuông đợc làm từ gạch nung cỡ lớn; kết dính bằng vôi, mật mía và một số phụ gia khác trong dân gian. Thành trổ bốn cửa chính Đông Tây Nam Bắc. Sau chiến dịch Thành Cổ mùa "hè đỏ
lửa" 1972 toàn bộ Thành Cổ gần nh bị san phẳng; chỉ còn sót lại một cửa hớng Đông tơng đối nguyên hình và vài đoạn tờng thành cùng giao thông hào bên ngoài chi chít vết bom đạn. Trong thập niên 90 của thế kỷ 20, chính quyền sở tại cho tôn tạo lại thành để làm di tích. Ngời ta phục chế vài đoạn tờng thành, làm lại bốn cổng chính,; ngay trung tâm thành đợc xây một đài tởng niệm ghi dấu ấn 81 ngày đêm năm 1972. Góc phía tây nam dựng lên một ngôi nhà Hiện Đại làm bảo tàng. Toàn bộ đờng dẫn vào di tích và mặt đất bên trong Cổ Thành đợc tráng cement chừa ô trồng cỏ. Thành Cổ đợc ngời dân trong vùng xem là "Đất Tâm Linh" vì nơi đây bất cứ tất đất nào cũng có bom đạn và xác ngời. Hiện nh là một công viên lớn nhất Thị xã Quảng Trị
Thành cổ Quảng Trị còn nổi tiếng là nơi diễn ra trận chiến 81 ngày đêm giữa lực lợng của Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam với Quân lực Việt Nam Cộng hòa có sự yểm trợ tối đa của hỏa lực của quân đội Mỹ. Đây là một trận đánh hao tổn về sức ngời và của cho cả hai bên, nhất là sự tổn thất sinh mạng của quân đội miền Bắc. Sau 81 ngày đêm chịu hàng chục tấn bom đạn với thiệt hại về ngời lên tới hơn 10.000, Quân Giải phóng miền Nam đã buộc phải rút quân ra khỏi khu vực quan trọng này.
Hiện nay tại bảo tàng Thành cổ Quảng Trị vẫn còn có nhng di vật, và những bức th bộ đội gửi vĩnh biệt gia đình trong thời gian xảy ra trận đánh này.
Thành cổ Quảng Trị đợc xếp vào danh mục những di tích quốc gia và là điểm thu hút hấp dẫn khách tham quan Việt Nam và khách du lịch quốc tế.