Thành cổ Sơn Tây là một công trình in dấu ấn đẹp, một chứng tích hào hùng về một thời anh dũng chống giặc ngoại xâm của nhân dân ta. Thành được xây dựng vào năm 1822 triều vua Minh Mạng nhà Nguyễn, tại thủ phủ của trấn Sơn Tây (sau là tỉnh Sơn Tây). Thành đồng thời từng là thủ phủ của vùng Tam tuyên (3 tỉnh Sơn Tây, Hưng Hóa, Tuyên Quang thời nhà Nguyễn), vì Tổng đốc Tam tuyên cũng thường kiêm lý Tuần phủ Sơn Tây và lỵ sở Tổng đốc Tam tuyên chính là thành Sơn Tây.
Thành cổ này, trong khoảng thập kỷ 70 - 80 của thế kỷ 19, là một trung tâm phòng bị kháng chiến chống Pháp của quan lại triều đình nhà Nguyễn giữa hai cuộc xâm lược Bắc kỳ lần thứ nhất (1872) và lần thứ hai (1883) của Pháp. Thành thất thủ vào tay quân Pháp ngày 16 Tháng Chạp năm 1883.
Thành cổ Sơn Tây được kiến trúc theo kiểu Vauban (kiểu công trình quân sự lấy theo tên kỹ sư Vauban người Pháp), tường thành bằng gạch đá ong chạy theo đường gãy khúc, nhưng tổng thể có hình vuông, mỗi cạnh dài khoảng 400m, diện tích khoảng 16ha, chiều cao tường thành khoảng 5m. Ngoài thành là hào nước sâu 3m, rộng tới 20m và dài khoảng 1.795m, được nối ra sông Tích Giang tại góc thành phía Tây Nam (bởi cống Ba Quân), bốn mặt thành có các cổng vòm bằng gạch. Tường thành nằm ở khoảng tọa độ 21°08‘11,11" - 21°08‘28,76" vĩ bắc và 105°30‘07,49" - 105°30‘26,48" kinh đông. Thành nằm giữa thị xã Sơn Tây, trên phần đất của hai làng cổ là Thuần Nghệ và Mai Trai, cách trung tâm Hà Nội khoảng 42km. Thành có 4 cửa quay ra các hướng Bắc (chính xác là hướng Bắc Đông Bắc), Nam, Tây, Đông, và lần lượt có tên là: cửa Hậu, cửa Tiền, cửa Hữu, cửa Tả. Hai cửa chính là cửa Tiền và cửa Hậu, có cầu bắc qua hào nước, dẫn vào cổng thành. Trục kiến trúc chính của thành là trục nối hai cửa Tiền và Hậu, theo hướng Bắc Đông Bắc - Nam Tây Nam. Cửa Tiền nhìn ra phố Quang Trung. Cửa Hậu hướng ra phố Lê Lợi, thẳng tới bờ sông Hồng. Cửa Tả nhìn ra chợ Nghệ (phố Phùng Khắc Khoan). Cửa Hữu hướng ra phố Trần Hưng Đạo (Đệ Nhị cũ), phố này nối với phố Ngô Quyền, chạy thẳng lên làng cổ Đường Lâm (theo đường quốc lộ 32). Trong thành có các hạng mục kiến trúc: cột cờ (tức vọng lâu) cao 18m, vọng cung, điện Kính Thiên, hai ao sen (còn gọi là giếng Tả và giếng Hữu) phía trước khu nghi lễ (Đoan Môn, sân chầu, điện Kính Thiên), gần với cửa Tiền. Điện Kính Thiên ở đây từng là tòa nhà 5 gian, tám mái chồng diêm, nằm khoảng chính giữa thành, là nơi làm việc của các vua nhà Nguyễn mỗi khi tuần du xứ Đoài của Bắc Kỳ.
Trải qua những bước thăng trầm của lịch sử, Thành cổ Sơn Tây không còn được nguyên vẹn như xưa nhưng vẫn mang đầy đủ giá trị của một di tích lịch sử và kiến trúc quân sự. Hiện nay, Thành là một điểm du lịch lý tưởng của xứ Đoài.
 

Khoảng thập kỷ 70-80 của thế kỷ 19, Thành cổ Sơn Tây là một trung tâm phòng bị kháng chiến chống Pháp của quan lại triều đình nhà Nguyễn do Hoàng Kế Viêm, Lưu Vĩnh Phúc… lãnh đạo.

Thành bị quân Pháp chiếm năm 1884. Năm 1924, Toàn quyền Đông Dương đã ra nghị định để xếp hạng di tích thành cổ này.

Thành cổ Sơn Tây là một di tích lịch sử độc đáo đã được Bộ Văn hoá và Thông tin xếp hạng di tích lịch sử – văn hóa năm 1994.

Ngày 16/2/2009, Ủy ban Nhân dân Hà Nội đã ra quyết định cải tạo, chỉnh trang Di tích Lịch sử văn hóa Thành cổ Sơn Tây phục vụ cho Đại lễ kỷ niệm 1.000 năm Thăng Long – Hà Nội, nhằm lưu giữ một di tích tích lịch sử văn hóa có giá trị, hấp dẫn khách tham quan. Thành cổ Sơn Tây hiện đã được phục dựng được một số hạng mục chính: điện Kính thiên, Vọng cung, Kỳ đài, Đoan môn, 100m tường thành…