明清北京城的前身为1264年营建的元大都城。大都城设计时曾参照《周礼·考工记》中“九经九纬”、“前朝后市”、“左祖右社”的记载，规模宏伟，规划严整，设施完善。
攻陷元大都
1368年（洪武元年）八月，明朝将军徐达攻陷元大都。由于元顺帝不战而逃，城市未受到破坏，完整地保留了下来。但是由于城池过大，不利于防守，于是徐达决定将北城墙向南移2.8公里，放弃城北的城市建设预留用地。同时用城砖将城墙外侧包砌起来，以提高其防守能力。1370年，明太祖朱元璋封四子朱棣为燕王，就藩于北平。1379年燕王府竣工，1380年朱棣之国。
靖难之役
1398年，朱允炆继位，是为明惠帝，改元建文。1399年（建文元年）四月开始削藩，史称“建文削藩”。1399年，朱棣发动靖难之役，于1402年夺得帝位，是为明成祖，于1403年改北平为北京。1406年（永乐四年），开始筹划迁都北京，并在燕王府基址上营建西内。次年西内落成。1409年在昌平天寿山营建寿陵。1416年（永乐十四年）起，开始摹仿南京故宫营建北京宫殿。1420年，建成紫禁城宫殿、太庙、太社稷、万岁山、太液池、十王府、皇太孙府、五府六部衙门、钟鼓楼，同时将南城墙南移0.8公里，以修建皇城。
1421年（永乐十九年)正式迁都北京。此后又在北京南郊修建了天地坛和山川先农坛。
第二次增建
1436年至1445年，明英宗又对北京城进行了第二次增建，主要工程包括：将城墙内侧用砖包砌；开挖太液池南海；建九门城楼、瓮城和箭楼；城池四角建角楼；城门外各立牌坊一座；护城河上的木桥全部改为石桥，桥下设水闸，河岸用砖石建造驳岸。
整修之后的京城周长45里，形成了极其坚固的城防体系。在京城远郊建设了皇陵以及昌平城、拱极城和内长城等防御设施。
城建成后
北京城建成后，曾多次面临蒙古瓦剌部的入侵，1476年（成化十二年）提出在京城外加筑外城的建议。1550年（嘉靖二十九年）开始修筑前三门外的关厢城（三座独立于城门之外的小城），但由于需要拆毁的店铺民房甚多，民情汹惧，工程不久即停止。1553年（嘉靖三十二年）又决定利用元大都土城遗址，四面环绕修筑京城外郭城。
最初规划的外城长七十里，东西十七里，南北十八里，设城门十一座、敌台一百七十六座，西直门外和通惠河设置水闸两处，其他低洼地带设置水关八处。
由于工期浩大，在严嵩的建议下改为先修筑南面，将正阳门外的大片繁华市区包入，得到嘉靖帝的许可。后因用兵频繁，再加上1557年紫禁城大火灾后将财力物力集中于宫殿的重建，因此外城一直没有再筑。1564年增筑外城各城门的瓮城。嘉靖初年还在四郊新建了地坛、日坛、月坛。由此形成的北京城布局此后一直延续了近400年。
清代北京城
基本沿袭明朝北京城的格局，但裁撤了皇城的设置，将明代皇城内的大量内廷供奉机构改为民居，同时将内城的大量衙署、府第、仓库、草厂也改为民居。同时将内城改为八旗居住区，令汉人迁往外城居住。清朝还在北京城内修建了大量黄教寺庙、王府，并在西郊修建了三山五园等皇家园林区。
近现代改建
1911年清朝灭亡后，对北京城池进行改建，为改善交通和修筑环城铁路，先后拆除了正阳门、朝阳门、宣武门、东直门、安定门的瓮城，皇城城墙和东安门。1924年在内城城墙上新开和平门，1937年开辟启明门（建国门）和长安门（复兴门）（这两个其实是豁口）。
1949年之后，对北京城池进行了大规模的拆除工作。朝鲜战争期间，为便于疏散民众，在内城城墙上增开了东四十条、小街、新街口等豁口。外城城墙、城门和角楼于1951年至1958年拆除。皇城的中华门、长安左门、长安右门、地安门于1950年代拆除。内城城门和城墙先后于1965年至1969年拆除。内城护城河的东西南三面也加盖改为暗沟，成为城市下水道系统的一部分。
遗存
目前北京城池遗存的只有正阳门城楼、箭楼，德胜门箭楼，东南角楼，内城护城河北段，以及北京站和西便门两处城墙残余，另外永定门被重建。
北京城池分四重，即外城、内城、皇城、宫城。城各有门，有“内九外七皇城四”之说。