Thành cổ Hà Nội là một khái niệm tương đối rộng và tùy theo cách hiểu của mỗi người nó có thể bao gồm những thành phần khác nhau. Chưa có một định nghĩa thống nhất cho cụm từ này. Theo cách hiểu của người viết bài, Thành cổ Hà Nội bao gồm Hoàng thành Thăng Long qua các thời kỳ Lý, Trần, Lê và thành Hà Nội dưới triều Nguyễn.

Mùa thu năm 1010, sau khi công bố Thiên đô chiếu, Lý Công Uẩn cùng các quần thần đã gấp rút xây dựng những công trình cơ bản của kinh thành Thăng Long. Đến đầu năm 1011 thì hoàn thành. Khi mới xây dựng, kinh thành Thăng Long được xây dựng theo mô hình Tam trùng thành quách gồm: vòng ngoài cùng gọi là La thành hay kinh thành, vòng thành thứ hai là Hoàng Thành, giữa hai lớp thành này là nơi sinh sống của cư dân, lớp thành còn lại là Tử cấm thành hay Cấm thành hay Long Phượng thành là nơi ở của nhà vua. Các thời sau đều theo cách ấy mà phân chia.

Năm 1029, Lý Thái Tôn xây dựng lại toàn bộ khu cấm thành sau khi nơi đây bị tàn phá bởi vụ Loạn Tam vương. Trên nền cũ điện Càn Nguyên, Lý Thái Tông cho dựng điện Thiên An làm nơi thiết triều. Hai bên tả hữu là điện Tuyên Đức và điện Thiên Phúc. Phía trước điện Diên An là sân Rồng có đặt một quả chuông lớn. Hai bên tả hữu sân Rồng có đặt gác chuông. Phía Đông, Tây sân Rồng là điện Văn Minh và điện Quảng Vũ, phía trước sân Rồng là là điện Phụng Tiên, trên điện có lầu Chính Dương là nơi báo canh báo khắc. Sau điện Diên An là điện Thiên Khánh hình bát giác. Sau điện Thiên Khánh là điện Trường Xuân. Trên điện Trường Xuân có gác Đồ Long. Từ điện Thiên Khánh nối với điện Thiên An ở phía sau đều có bắc cầu gọi là cầu Phượng Hoàng Năm 1203, vua Lý Cao Tôn bắt đầu một đợt xây dựng mới. Cung điện mới được xây ở phía Tây tẩm điện. Bên trái dựng điện Dương Minh, bên phải dựng điện Chính Nghi, ở trên xây điện Kính Thiên, thềm gọi là Lệ Giao. Ở giữa mở cửa Vĩnh Nghiêm, bên phải mở cửa Việt Thành, thềm gọi là Ngân Hồng. Đằng sau xây điện Thắng Thọ. Bên trái xây gác Nhật Kim, bên phải xây gác Nguyệt Bảo, xung quanh dựng hành lang thềm gọi là Kim Tinh. Bên trái gác Nguyệt Bảo là tòa Lương Thạch, phía Tây xây gác Dục Đường (nhà tắm). Phía sau xây gác Phú Quốc, thềm gọi là Phượng Tiêu. Phía sau dựng cửa Thấu Viên, ao Dưỡng Ngư trên ao xây đình Ngoạn Y. Ba mặt đình có trồng hoa thơm cỏ lạ, nước thông với sông. Ngoài ra các cung điện khác cũng được xây dựng liên tục, không đời nào không có, không mấy năm không có. Mỗi cung điện thường đều có tường bao xung quanh và làm cửa thông với cung điện khác. Ngoài cung điện, các vị vua nhà Lý còn cho xây dựng nhiều công trình văn hóa tín ngưỡng khác để phục vụ cho vua và hoàng tộc như: đền Quan Thánh, chùa Chân Giáo (nơi vua Lý Huệ Tông đã tu hành), đài Chúng Tiên dựng năm 1161 tầng trên lợp ngói bạc, hồ ao làm cảnh cũng được lập khá nhiều trong Hoàng Thành. Năm 1049, đào hồ Kim Minh vạn tuế, đắp núi đá cao ba ngọn trên mặt hồ và xây cầu Vũ Phượng đi vào, 10 năm sau lại xây thêm điện Hồ Thiên bát giác ở đấy. Năm 1051 đào hồ Thụy Thanh, hồ Ứng Minh. Năm 1098, đào hồ Phượng Liên và xây tại đây điện Sùng Uyên, bên trái lập điện Huy Dương, đình Lai Phượng bên phải dựng điện Ánh Thiềm, đình Át Vân, phía trước xây lầu Trường Minh, phía sau bắc cầu Ngoạn Hoa. Nhiều vườn ngự cũng được dựng nên trong Hoàng Thành. Mùa thu năm 1048, mở luôn 3 vườn ngự: vườn Quỳnh Lâm, vườn Thắng Cảnh và vườn Xuân Quang. Năm 1065, mở thêm vườn Thượng Lâm. Giữa thế kỷ XIV lại dựng một vườn ngự nữa nối liền với hậu cung. Theo sử cũ còn ghi giữa vườn có đào một cái hồ lớn: "Trong hồ chất đá làm núi, trên bờ hồ trồng thông, trúc và nhiều thứ kỳ hoa diệu thảo khác thêm vào đấy là chim quý thú lạ. Bốn mặt khai cho sông nước thông vào, gọi hồ ấy là hồ Lạc Thanh Trì. Về phía tây hồ trồng hai cây quế, dựng một tòa điện gọi là điện Lạc Thanh. Lại đào các hồ nhỏ khác, bắt người ở Hải Đông chở nước mặn chứa vào hồ ấy, đẻ nuôi các loài hải sản như đồi mồi cá biển và các loại ba ba. Rồi bắt người Hóa Châu bắt cá sấu thả vào đấy. Lại có hồ Thanh Ngư để nuôi cá Thanh Phụ (cá diếc đuôi đỏ vảy biếc)... Lại làm dãy hành lang ở tây điện thẳng đến cửa Hoàng Phúc, dựng dãy Trường Lang từ gác Nguyên Huyền đến cửa Đại Triều phía tây.

Sau khi chiến thắng giặc Minh, Lê Lợi vẫn đóng đô ở Thăng Long nhưng đổi tên là Đông Đô rồi Đông Kinh (1430). Về cơ bản Đông Đô thời Lê không khác nhiều Thăng Long đời Lý, Trần, Hồ chỉ có điều cung điện đền đài đã bị phá phách hết cả. Nhà Lê mới dần dần sửa chữa xây dựng thêm.

Từ năm 1490 cho đến thế kỷ XVI kinh thành mới có nhiều thay đổi. Trong thời gian này tường Hoàng thành cũng như Đại La thành luôn được xây đắp mở rộng thêm ra. Năm 1490, để đề phòng những nạn loạn đảng như Nghi Dân đang đêm trèo tường vào giết Lê Nhân Tôn ở trong cung, Lê Thánh Tôn cho xây lại Hoàng thành mở rộng thêm 8 dặm nữa. Công việc xây dựng trong 8 tháng mới xong. Trong Hoàng thành, Lê Thánh Tôn cũng cho xây thêm cung điện và lập vườn Thượng Lâm để nuôi bách thú. Năm 1512, Lê Tương Dực giao Vũ Như Tô đứng ra trông nom việc dựng hơn 100 nóc cung điện nguy nga, lại khởi công làm Cửu Trùng Đài mà sử cũ miêu tả là tuy chưa hoàn thành mà bóng rợp nửa hồ Tây. Năm 1514, Lê Tương Dực mở rộng Hoàng thành thêm mấy nghìn trượng (mỗi trượng là 3,6m) bao bọc cả điện Tường Quang, quán Trấn Vũ và chùa Kim Cổ Thiên Hoa. Từ năm 1516 đến năm 1527 là năm nhà Mạc cướp ngôi nhà Lê, kinh thành Thăng Long chìm trong loạn lạc. Hầu hết các cung điện kho tàng đền chùa cũng như phường phố bị thiêu đốt tàn phá nhiều lần. Trong nửa cuối thế kỷ XVI, cục diện Nam Bắc triều với một bên là nhà Mạc và một bên là Lê-Trịnh diễn ra quyết liệt với ưu thế ngày càng thuộc về phe Nam triều. Họ Trịnh lần lượt chiếm được nhiều tỉnh phía Bắc như Ninh Bình, Hà Nam, Bắc Ninh... và đánh đến tận Thăng Long. Nhà Mạc phải rời bỏ kinh thành chạy lánh nạn nơi này nơi khác. Thăng Long ngày một điêu tàn. Đến năm 1585, không chịu nổi kiếp sống lưu vong trường kỳ như vậy, Mạc Mậu Hợp quyết định trở lại Thăng Long. Một đợt xây dựng đại quy mô được khởi động. Từ đó về sau cũng không có lần nào Hoàng thành được xây dựng quy mô như thế nữa. Năm 1599 Trịnh Tùng đuổi được nhà Mạc lên Cao Bằng tiến về tiếp quản Thăng Long. Hoàng Thành được tu sửa trong một tháng để đón vua Lê ra. Rồi từ ấy trở đi những cung điện mới xây ở đều nằm trong phủ Chúa. Hoàng thành bị bỏ hoang phế nhiều.

Năm 1788, Lê Chiêu Thống cầu viện nhà Thanh, Tôn Sĩ Nghị đem đại quân 29 vạn người sang chiếm Thăng Long không tốn một hòn tên mũi đạn. Dựa thế quân Thanh, Lê Chiêu Thống điên cuồng trả thù họ Trịnh. Phủ chúa bị Lê Chiêu Thống đốt trụi cháy ròng rã một tuần mới hết. Tất cả những gì liên quan đến chúa Trịnh ở Thăng Long bị phá sạch. Kinh thành lại một lần nữa ra tro. Đầu năm 1789, Quang Trung Nguyễn Huệ ra Bắc lần thứ ba đánh tan quân Thanh, Lê Chiêu Thống chạy sang Trung Quốc, triều Hậu Lê kết thúc, Quang Trung định đô ở Phú Xuân. Thăng Long chỉ còn là Bắc thành. Năm 1802 sau khi tiêu diệt xong Tây Sơn, Nguyễn Ánh lên ngôi hoàng đế. Kinh đô vẫn được đặt ở Phú Xuân. Thăng Long vẫn mang tên gọi là Thăng Long nhưng chữ "Long" là rồng bị chuyển thành chữ "Long" nghĩa là thịnh vượng, ý rằng nhà vua không còn ở đấy. Đồng thời những gì còn sót lại của Hoàng Thành sau những trận đại hủy diệt cuối thế kỉ XVIII cũng lần lượt bị các đời vua nhà Nguyễn chuyển nốt vào Phú Xuân phục vụ cho công cuộc xây dựng kinh thành mới. Chỉ duy có điện Kính Thiên và Hậu Lâu được giữ lại làm hành cung cho các vua Nguyễn mỗi khi ngự giá Bắc thành. Năm 1805, Gia Long cho phá bỏ tường của Hoàng Thành cũ vì cho rằng đây chỉ còn là Trấn Bắc thành mà Hoàng thành Thăng Long thì rộng lớn quá. Gia Long cho xây dựng thành mới theo kiểu Vauban của Pháp. Về quy mô thì nhỏ hơn thành cũ nhiều. Năm 1831, trong cuộc cải cách hành chính lớn, Minh Mạng đã cho đổi tên Thăng Long thành tỉnh Hà Nội. Cái tên này tồn tại cho đến năm 1888 khi nhà Nguyễn chính thức nhượng hẳn Hà Nội cho Pháp. Người Pháp đổi Hà Nội thành thành phố. Đến khi chiếm xong toàn Đông Dương, họ lại chọn đây là thủ đô của Liên bang Đông Dương thuộc Pháp. Thành Hà Nội bị phá đi hoàn toàn để lấy đất làm công sở và trại lính cho người Pháp. Ngoại trừ cửa Bắc và cột cờ những gì còn sót lại của thành Hà Nội đến hôm nay chỉ là di chỉ khảo cổ và phục dựng.

Khu khảo cổ 18 Hoàng Diệu

Di tích này bao gồm tầng dưới cùng là một phần bên phía đông của thành Đại La dưới thời Cao Biền, nhà Đường, tầng trên là cung điện nhà Lý và nhà Trần, tiếp theo là một phần trung tâm của đông cung nhà Lê và trên cùng là một phần của trung tâm tòa thành tỉnh Hà Nội thế kỷ 19.