北宋东京城遗址位于开封城及城外四周地下。东京城包括外城、内城和皇城三重城墙。外城在今开封城外围，距城约1.5公里左右。外城又称国城、新城、罗城及卧牛城。后周显德三年（956年）筑修，城周长48里233步。城墙为土筑。相传筑城时，因开封地层土质松软，富碱性，不利筑城，周世宗令取今河南荥阳西虎牢关土修筑，故"坚密如铁"。
外城是东京城防御的主要屏障，曾多次加以修葺。宋真宗大中祥符九年（1016年）至天禧三年（1019年）增筑。宋神宗熙宁八年（1075年）重修，城周扩展至50里165步，墙高4丈，基宽5丈9尺，外距城壕15步，城内留10步为通道，并在城四面修敌楼、瓮城和浚治壕堑。元丰七年（1084年），"又买木修置京城四御门及诸瓮城门，封筑团敌马面"。宋徽宗崇宁五年（1106年）或政和六年（1116年），又一次展修。
据《东京梦华录》记载，外城有城门17座（不含水门）：南3门，中为南薰门，东为陈州门（宣化门），西为戴楼门（安上门）；东5门，北为善利门，中为新曹门（含辉门），南为新宋门（朝阳门），次为汴河两岸通津门、上善门；西5门，南为新郑门（顺天门），次为汴河两岸大通门、宣泽门，中为万胜门（开远门），北为固子门（金耀门）；北4门，中为新酸枣门（通天门），东为陈桥门（永泰门），次东为新封丘门（景阳门），西为卫州门（安肃门）。另外还有供几条河流进出外城的水门。南薰门、新郑门、新宋门、封丘门为四正门，通御路，"皆直门两重"，其余城门"皆瓮城三层，屈曲开门"。每百步设马面战棚，密置女头。城壕又称护龙河，阔10余丈，壕之内外，皆植杨柳，粉墙朱户，禁人来往。
金兵攻打开封时，外城遭到很大破坏。在明初，外城还大体残存城墙。又经明末和清道光二十一年（1841年)水淹淤积后，外城全部淤没地下。
通过对外城进行实地调查和勘测，已基本探清了其位置、范围和淤没情况。外城东墙从驻汴部队某部院内，向北经文庄、大花园村、小巴屯村、铁牛村西，止于辛庄东北，长约7660米；西墙从建筑公司预制构件厂西墙外，向北经五顷四村、南郑门村、土城村、堌门村至市林场护城堤外，长约7590米；南墙从驻汴部队某部院内，向西经过制药厂、卷烟厂、郭屯村、蔡屯村南、高屯村南，止于建筑公司预制构件厂西墙外，长约6990米；北墙从市林场护城堤外，向东经南官庄、东官庄、私访院村至大北岗村东北，长约6940米。目前已探出的外城城门有南薰门（位于开封市第十六中学院内）、新郑门（位于南郑门村北）、万胜门（位于土城村附近）等10余座。尤其是西墙上的正门新郑门遗址，面积近2万平方米，其规模之大，在中国古代都城发展史上是极为罕见的。
整个外城呈南北稍长、东西略短的长方形，城墙为夯筑，每层厚约8～12厘米，夯窝呈圆形小圈底，直径4～5厘米，深1厘米，用力均匀，排列整齐。以解剖西墙南段为例：外城现存残高为8.7米，顶宽4米，基宽34.2米。
内城，又称里城、旧城，宋初也叫阙城。即唐建中二年(781年)永平军节度使兼汴州刺史李勉扩筑的汴州城。内城是处于外城和宫城之间的一道城墙。城周长20里155步（另一说21里）。有正门10座：南3门，中为朱雀门，东为保康门，西为崇明门（新门）；东2门，南为景丽门（宋门），北为望春门（曹门）；西2门，南为宜秋门（郑门），北为阊阖门（梁门）；北3门，中为景龙门(酸枣门)，东为安远门（旧封丘门），西为天波门（金水门）。此外，还有角门两座。内城城墙也为土筑，只是在城门及附近处用砖包砌。
经过实地调查和勘测，内城的位置、形制、范围和部分门址已基本探明。整个内城略呈正方形。南墙位于今开封城墙大南门以北约300米处的东西一线；北墙位于龙亭大殿北约500米处的东西一线，北距今开封城墙700米左右；东西二墙基本叠压在今开封城墙东西墙之下。四墙总长约11550米，折合宋里约20.63里，与文献记载的"20里155步"大致吻合，其面积和周长较今日的开封城墙略小。
皇城，即大内，又称宫城，周围5里。原为唐宣武军节度使治所，后梁改为建昌宫，后唐复为宣武军治所，后晋为大宁宫，周世宗时虽加以营缮，但仍不像王者制度，规模比较狭小。宋建隆三年（962年)，开始扩建皇城，"广皇城东北隅，命有司画洛阳宫殿，按图修之，皇居始壮丽矣"。以后屡经修葺，但没有超过5里范围。 皇城初有城门6座：南3门，中为宣德门，左右为掖门；东边一门为东华门；西边一门为西华门；北边一门为拱宸门。熙宁十年(1077年），在东华门北又开一便门，名为謻门。皇城的四角建有角楼，高数十丈。皇城城墙原为板筑土城，大中祥符五年（1012年）改为砖砌。是北宋三道城墙中唯一的砖城。金灭北宋后，皇城遭到了破坏。
据史料及考古勘测，皇城略呈一东西略短、南北稍长的长方形，四墙总长约2520米。东墙南起市图书馆北墙附近，向北经市曲剧团家属院、市文化局家属院、东华门街西侧、豆制品厂，止于豆制品厂北侧；西墙北起龙亭公园西南侧，向南经杨湖（龙亭西湖）西岸、杨湖与杨家西湖断桥处，止于麻刀厂西墙附近；南墙西起麻刀厂西墙附近，向东经原午朝门影剧院、午朝门、宋都御街停车场、市杂技团东院，止于市图书馆北墙附近；北墙东起豆制品厂北侧，向西经原市人民检察院北侧、龙亭大殿后墙处，止于龙亭公园西墙附近。
1988年1月，北宋东京城遗址被公布为全国重点文物保护单位。
