西安明城墙周长13.72384公里，高12米，顶宽12～14米，底厚15～18米，墙体以黄土夯筑。明隆庆二年（1568年）在城墙外壁和顶部加砌1层青砖。清乾隆四十七年（1782年）墙顶增砌青砖达3层，称海墁，墙外壁加厚砖面3～5层，城门下加至7～8层。城墙内侧增砌流水槽等排水系统，每隔40～60米有一砖砌流水槽共207个。墙外侧每隔120米有一顶面10米×20米的突出墩台，称敌台，共有敌台98座。城四角各有角台一座。墙顶外沿建垛墙，垛墙高1.76米，厚0.45米，每垛间隔2.36米，共有墙垛5984个。墙顶内沿建女儿墙，女儿墙高0.88米，厚0.45米，与流水槽接口处留排水孔。城墙内侧原有登城马道8处。
城墙原设城门4座，东为长乐门，西为安定门，南为永宁门，北为安远门。东、西、北3门各有3个门洞，开设于月墙、瓮墙和正墙上，南门开有4个门洞，即除在月墙和正墙上各开有1门洞外，还在东、西瓮墙上也开有门洞。民国15年（1926年）在东城墙开辟中山门（又名小东门，2个砖券门洞）。民国17年（1928年）在西城墙开辟玉祥门（1个砖券门洞）。民国23年（1934年）开辟中正门（解放后改名解放门，1个砖券门洞）。抗日战争期间，在南城墙上开辟勿幕门（又名井上将门、小南门，1个砖券门洞）；为了便于市民防空袭时及时疏散，还在南城墙的柏树林、建国路南端，北城墙的西北三路、高阳里北端各开防空便门。解放后，1953年在南城墙新辟和平门（4个砖券门洞），以后相继在四面墙开辟交通豁口6处，城墙上的通道（包括城门和豁口）增至18个。
　　清末，四城门瓮城外的月城被拆除。民国15年（1926年）4～11月，刘镇华的镇嵩军围困西安，对城墙枪击炮轰，墙体及设施屡遭破坏，抗日战争期间，日军飞机不时轰炸西安，城墙内侧防空洞挖至千余孔。加之河南等沦陷区难民流入西安，也多在城墙上打窑洞栖身，墙体洞穴不断增多。民国29年（1940年）城外驻军以南城墙外空地作靶场，致使小南门以西之第三、第二两城垛间城砖碎裂不堪，解放战争期间，国民党军队在城墙上及城河边修筑碉堡及防御工事，不仅破坏墙体，并大量剥取城砖作为建材。至40年代末，城墙上的垛墙、女儿墙悉数拆毁。
　　1958年“大跃进”运动中，有人提出“拆除明代城墙，增加城市建设用地。”不到一年时间，墙体被挖断两处共400余米，墙砖、墙土被大量挖剥拉用，一部分用来修建厂房，大部分城砖用于大炼钢铁修炼铁炉。“文化大革命”期间，为落实“深挖洞”的指示，更在城墙上大挖防空洞，有的单位、工厂甚至借机挖洞作仓库厂房。
50年代开始，城墙上开挖很多豁口。计有东门两侧豁口，西门两侧豁口，解放门豁口（拆毁原门洞和部分城墙，豁口拓至尚德路和尚俭路北口），玉祥门豁口（拆毁原门洞及部分城墙），东五路豁口，小北门豁口（拆毁原门洞及部分城墙），甜水井南豁口和尚勤路豁口。60年代，又开挖建国路南口、柏树林南口和大保吉巷南口3处豁口（均拆毁原门洞或部分城墙）。这些豁口切断了城墙整体连接，并且损坏一些敌台、马道等墙体设施。
截至1983年4月维修前，城墙墙体损毁状况共计：拆毁城墙主墙1120米；月城墙、关城墙全部拆毁；墙体塌方约20万立方米；墙体洞穴2100余孔，洞穴总长4.5公里（内侧明洞千余孔，外侧明洞650余孔，其中抗日战争时挖的占1/3。其余为维修时发现的暗洞，平均每隔6米就有1个洞穴）；墙外侧包砖拆毁3000米，约18460平方米；墙顶砖铺海墁剥掉136697平方米（实为3层，仅按单层面积计算）；外沿垛墙及内沿女儿墙几乎全部拆毁；拆毁城砖约212万块；拆毁敌台8座；内侧流水槽被毁80余个，登城马道多破损不堪；四门瓮城均被机关单位、工厂和居民占用。
墙体维修加固工程按照“修旧如旧”、“不改变文物原状”的原则，以清乾隆年间墙体结构规格修复。1983年4月开工，1985年底完成义务劳动工程项目，1986年进行专项工程项目，到1990年底，完成以下工程项目：
　　墙体内侧夯土包砖。采取墙体内素土夯实，墙面包砖砌体，计帮补塌毁140处，夯土22万立方米；砖砌面9383米，约11万平方米。除豁口、城门洞和预留部分土墙墙面外，全部砌成砖墙。
　　封堵洞穴。墙体内外明暗洞穴高低不同，宽窄不一，深浅不齐，形式各异。回填土难以填足夯实。修复时根据洞穴具体情况，或用砖起拱，或用砖柱顶板，或用砖砌墙护壁，然后用砌砖封闭洞口。将2100孔洞穴全部封闭堵死。
　　墙体外侧帮补。将剥落破碎砖面清理后重新砌砖帮补3368米（因外侧砖面损坏高度不一，形状不规则，难以计算面积，仅按横向长度计算）。
　　城墙顶面海墁补砌。原海墁砌青砖3层，按损毁程度或3层或2层青砖补砌，计单层面积188800平方米。