Thành cổ Quảng Trị được xây dựng và đắp bằng đất từ đầu thời vua Gia Long (1802) tại làng Tiền Kiên, xã Triệu Thành, huyện Triệu Phong. Đến năm 1809, vua Gia Long cho dời thành đến xã Thạch Hãn (nay là phường 2, thị xã Quảng Trị). Năm 1837, vua Minh Mạng đã cho xây lại thành bằng gạch nung cỡ lớn, kết dính bởi vôi, mật mía và một số phụ gia khác. Thành có dạng hình vuông với chu vi gần 2.000m, cao 9,4m, chân thành dày 12m. Bao quanh tường thành là hệ thống giao thông hào rộng. Bốn góc thành có 4 pháo đài cao, chính giữa 4 mặt thành là các cửa: Tiền, Hậu, Tả, Hữu, mỗi cửa rộng 3,4m, được xây theo kiểu vòm cuốn, phía trên có vọng lâu, mái cong, lợp ngói. Trong nội thành có các công trình kiến trúc như: hành cung, dinh Tuần Vũ, cột cờ, dinh Án Sát, dinh Lãnh Binh, Ty Phiên, Ty Niết…

Trong thời kỳ chiến tranh, thực dân Pháp và đế quốc Mỹ đã biến thành cổ Quảng Trị thành khu quân sự và nhà lao giam giữ các chiến sĩ cộng sản yêu nước. Nơi đây đã từng chứng kiến nhiều cuộc chiến đấu ngoan cường của quân và dân ta, tiêu biểu là trận đánh của Quân Giải phóng miền Nam Việt Nam chống lại các đợt phản kích tái chiếm thành cổ Quảng Trị của ngụy quyền Sài Gòn trong suốt 81 ngày đêm mùa hè năm 1972 (từ 28/6 đến 16/9/1972). Trải qua sự tàn phá khốc liệt của chiến tranh, thành cổ chỉ còn lại dấu vết của một số đoạn thành, lao xá, cổng Tiền và cổng Hậu. 

Từ năm 1993-1995, hệ thống hào, cầu, cống, một số đoạn thành và cổng Tiền đã được tu sửa lại. Đặc biệt, một đài tưởng niệm lớn đã được xây dựng ở chính giữa thành cổ nhằm ghi nhớ công lao của những chiến sĩ giải phóng đã hi sinh vì sự bình yên của mảnh đất này. Góc phía tây nam thành là bảo tàng lưu giữ rất nhiều chứng tích chiến tranh.

Ngày 12/12/1986, thành cổ Quảng Trị đã được Bộ Văn hóa – Thông tin (nay là Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch) xếp hạng là Di tích lịch sử cấp Quốc gia. Hiện nay, thành cổ Quảng Trị đã trở thành  điểm đến thu hút nhiều du khách trong nước và quốc tế đến tham quan.