Năm 1803, Gia Long ra Bắc, chọn làng Vĩnh Yên nằm phía Tây bắc Dũng Quyết (khu vực thành cổ bây giờ) xây trấn sở. Năm 1884 chính thức dời trấn từ Dũng Quyết về Vĩnh Yên, cho xây thành Nghệ An bằng đất. Mãi đến năm 1831 vua Minh Mạng mới cho xây lại thành bằng đá ong theo kiểu Vauban
Thành có 6 cạnh, chu vi dài 603 trượng (2.412 m), cao 1 trượng, 1 tấc, 5 thước (4,42 m), diện tích: 420.000 m², bao xung quanh có hào rộng 7 trượng (28 m), sâu 8 thước ta (3,20 m). Lúc khởi công, triều đình nhà Nguyễn đã huy động 1000 lính Thanh Hóa , 4000 lính Nghệ An. Đến thời Tự Đức, khi nâng cấp phải lấy 8599 phiến đá sò từ Diễn Châu và đá ong từ Nam Đàn, 4.848 cân vôi, 155 cân mật mía, với tổng kinh phí là 3.688 quan tiền.
Thành cổ có 3 cửa ra vào. Cửa tiền là cửa chính hướng về phía Nam, cửa để vua ngự giá, các quan trong lục bộ triều đình và tổng đốc ra vào. Cửa Tả hướng về phía đông, Cửa hữu hướng về phía Tây. Muốn đi qua các cửa đều phải qua một cái cầu.Bên trong, công trình lớn nhất là hành cung, phía đông hành cung có dinh thống đốc, phía nam có dinh bố chánh và án sát, dinh lãnh binh, dinh đốc học, phía bắc có trại lính và nhà ngục. Sau này phía tây có nhà giám binh người Pháp. Toàn bộ được trang bị 65 khẩu thần công, 47 khẩu đặt ở các vọng gác, số còn lại tập trung ở hành cung và dinh thống đốc.Trải qua nhiều biến cố của lịch sử và sự phá hoại của chiến tranh, di tích thành cổ hầu như không còn lại gì, chỉ còn lại 3 cổng thành và khu hồ bao quanh. Tỉnh Nghệ An và Thành phố Vinh đã có quy hoạch khôi phục lại di tích và cải tạo thành một công viên văn hóa lớn của thành phố.
