Thành Sơn Tây được xây dựng vào năm Minh Mạng thứ 3 (1822), cách trung tâm Hà Nội 42 km. Triều đình nhà Nguyễn dựng thành nhằm bảo vệ vùng đất phía tây bắc Thăng Long.

Thành có tổng diện tích 16 ha, xây dựng kiểu kiến trúc pháo đài với 4 cửa ở bốn hướng (cửa phía Đông đã bị phá hủy hoàn toàn). Tường thành bằng đá ong chạy theo đường gãy khúc. Theo thư tịch cổ, thành có chu vi 326 trượng 7 thước (1.306,8 m), mỗi chiều khoảng 400 m, tường thành cao 4,4 m. Trong ảnh là cửa thành phía Nam hay còn gọi là cửa Tiền, hướng ra phố Quang Trung.

Cổng thành phía Bắc hay còn gọi là cửa Hậu, hướng ra phố Lê Lợi, thẳng tới bờ sông Hồng. Năm 1883 khi quân Pháp tấn công thành, cửa Hậu bị hư hại nặng, sau được tu bổ.

Cổng thành phía Tây hay còn gọi là cửa Hữu, hướng ra trường phổ thông trung học Sơn Tây. Khi quân Pháp tấn công thành năm 1883, cửa Hữu đã bị đại bác phá hủy hoàn toàn. Sau khi chiếm được thành, người Pháp cho xây lại để ngăn cản quan quân triều Nguyễn tấn công.

Tường thành xây bằng đá ong, loại vật liệu đặc trưng của xứ Đoài. Bao quanh phía ngoài là tượng đạo hay còn gọi là đường voi để đi tuần tra trước thành.

Ngoài tượng đạo là hào nước. Chu vi hào nước bao quanh thành là 1.792 m, rộng 26,8 m, sâu 4 m.

Trong thành có Vọng Cung được phục dựng năm 2007. Vọng Cung xưa kia là nơi các quan đầu tỉnh hướng về kinh đô tế lễ; nơi nghỉ ngơi và làm việc của vua mỗi khi đi tuần thú qua.

Hồ nước được kè bằng đá ong và phía xa là kỳ đài (cột cờ) xây trên một bệ hình chóp vuông cụt bằng đá ong, cao khoảng 18 m. Kỳ đài cũng là một công trình được xây dựng lại.

Đường thành trên cao ở phía Nam. Đoạn đường thành này được xây lại dài hơn 100 m và chỉ mô phỏng đường thành trên cao xưa kia.

Năm 1994, thành cổ Sơn Tây được Bộ Văn hóa Thông tin công nhận là Di tích lịch sử kiến trúc quốc gia. Hiện nay, trong thành còn trưng bày một số loại máy bay cấp 5 của Quân chủng Phòng không - Không quân và là điểm đến tìm hiểu lịch sử với nhiều bạn trẻ.