南京城的城墙高度一般在14米到21米之间，城基的宽度为14米左右，顶部的宽度在4米到9米之间。大部分的城墙都先用花岗岩或石灰岩的条石做基础，上面再用大砖垒砌内外两壁和顶部，内外壁之间常用碎砖、砾石和黄土层层夯实。城墙顶部和内外两壁的砖缝里，都浇灌一种“夹浆”。这种夹浆用石灰、糯米汁（或高粱汁）或再加桐油掺和而成，凝固后粘着力很强，使城墙能够经久不坏。

南京城墙墙顶用砖铺成地面并砌成“雉堞”（指城墙顶部靠外一侧的锯齿状矮墙），并有石制的泄水槽以排出雨水。城基部分每隔一定距离也设有排水洞，将城墙内侧的积水排出城外。因此，南京城的基础工程和防护工程都是比较牢固的，故能屹立至今600多年之久。城墙现存21.35公里，仍然是我国最大的一座砖城，并被定为全国重点文物保护单位。

现存南京明城墙为应天府城，即京城，城门计有13座，水关2座。城墙上还有垛口13616个，窝铺200座，以供军事防守之用。在城的中央还建有钟楼和鼓楼。

这13座城门的上部，都建有高耸的城楼，而以聚宝门最为雄伟。聚宝、三山和通济三座城门各有城墙四道，每两道之间的空间称为“瓮城”，可作为战时的防守之用。聚宝门是这些城门中最坚固的一个，城楼以下部分基本保存完整，而且有所谓“藏军洞”的特殊设施。“藏军洞”实际上就是里端封闭的砖券门洞，在战时可供兵士休息和用来存放军事物资。这种“藏军洞”在聚宝门最南一道的城墙上计有两层共13个，左右两侧的城墙下部又各有7个，加起来有27个。据说，每洞可容纳兵士100人以上，共可藏兵达3000人以上。这种设施在我国古代的其他大城中是极为少见的。

每座城门都有内外两道门，外面一道是从城头上放下来的“千斤闸”，具有坚固的防御作用；里面一道则是木质再加铁皮做成的两扇大门。在平时，行人车马都从城门洞里通过。

南京明城墙的防、排水系统科学适用，功能包括城垣自身防、排水和对城区的防、排水两部分。城墙填层上部，采用桐油、石灰、黄工拌合的灰浆封顶夯实，厚约1—2米，在其上面和沿墙体两侧直至墙根用灰浆砌筑5—10余层城砖；墙体顶面设置了石质排水明沟，在其明沟约50米距离设置石质出水槽将水排出墙体。城区的防、排水系统，主要是利用城墙底部设置的水关、涵闸。

在秦淮河出入口处分别建有东水关和西水关，水关设有闸门3道，前后2道为木闸门，中间设铁栅门以防潜水入城之敌。东水关内侧还设有33座瓮洞，分为3层(上面两层为藏兵洞)，下层(中洞可通船)通水。此外，还设有金川河闸、玄武湖的“通心水坝”(即武庙闸)、前湖的半山园闸与琵琶湖的琵琶闸等多处涵闸。这些涵闸，设有铜、铁管和铜水闸，只能进水不可进人，设计巧妙、结构合理。