Thành Đồng Hới được khởi công xây dựng từ năm Gia Long thứ 16 (1812) bằng đất (Nguyễn Ánh chính thức vào thành Phú Xuân ngày 15 tháng 6 năm 1802 lên ngôi hoàng đế đặt niên hiệu là Gia Long). Thành được xây ngay trên mảnh đất xưa kia chúa Nguyễn Phúc Nguyên cho xây bức luỹ Trấn Ninh (luỹ Đào Duy Từ 1631) và đồn Động Hải 1774.

Tám năm sau khi Gia Long mất, Minh Mạng nối ngôi, ông đã nhờ một sĩ quan người Pháp thiết kế lại thành Đồng Hới và xây lại bằng gạch (1824) theo kiểu vô băng, thành luỹ quân sự, thành có kiến trúc đẹp, hình múi khế, 4 múi to, 4 múi nhỏ, 4 múi nhỏ theo hướng Tây Nam - Đông Bắc và Tây Bắc - Đông Nam. Chu vi thành 465 trượng (1.860m), cao 1 trượng (4m). Mặt thành rộng 1m35, móng thành dày 2m. Mặt chính của thành quay về hướng Tây.

Thành có 3 cổng lớn Bắc - Nam - Đông, trên cổng có vọng canh 8 mái. Cổng thành xây uốn kiểu tam quan thông ra ngoài bằng chiếc cầu gạch cũng xây kiểu vòm cuốn xinh xắn.