宫城位于郭城北部正中，平面为长方形，东西长2820米，南北宽1492米，周长8.6公里。城四周有围墙，南面正中开承天门（隋称广阳门），东西分别是延喜门和安福门，北墙中部开玄武门。宫城分为三部分，正中为太极宫（隋称大兴宫），称作“大内”，东侧是东宫，为太子居所，西侧是掖庭宫，为后宫人员的住处。今天西安城内西五台和北城外自强西路北侧铁路中学内的土岗则是为数不多的大兴宫城遗址。
唐代长安城，初名大兴城，始建于隋朝，唐朝易名为长安城，是隋唐两朝的首都，亦是当时世界上规模最大的城市。唐末迁都洛阳后这里被拆毁，其遗址位于今陕西省西安市的城区、东郊、南郊（大部分）和西郊（小部分）等大片地带。
唐长安城平面呈长方形，东西长9721米，南北宽8652米，周长36.7公里，面积达83.1平方公里，按中轴对称布局，由外郭城、宫城和皇城组成。城内街道纵横交错，划分出110座里坊。此外还有东市、西市等大型工商业区和芙蓉园等人工园林。城市总体规划整齐，布局严整，堪称中国古代都城的典范。
唐长安城有三座主要的宫殿，分别是太极宫、大明宫和兴庆宫，称为“三大内”。其中“大内”就是宫城中的太极宫，是隋朝和初唐时期的皇帝居所和朝会之地。太极宫东西宽1285米，南北长1492米，面积约1.92平方公里。宫内由南向北分为前朝、后寝和苑囿三块区域。前朝的正殿为太极殿（隋称大兴殿），四周有廊庑围成的巨大宫院，东西两侧建有官署。后寝的主殿是两仪殿，周边有万春殿、千秋殿、甘露殿、神龙殿、安仁殿等殿堂。
大明宫位是“三大内”中最大的一座，位于太极宫东北方的龙首塬高地上，是一座相对独立的城堡，可俯瞰整座长安城。宫殿建于贞观八年（634年），从唐高宗开始的历代皇帝都在这里居住和处理朝政，称为“东内”。宫城为中轴对称格局，前部由丹凤门、含元殿、宣政殿、紫宸殿等组成前朝的南北中轴线，后部以太液池为中心组成内庭，分布着麟德殿、三清殿、大福殿、清思殿等数十座殿宇楼阁。
长安城（外郭城）开十二座城门，南面正中为明德门，东西分别为启夏门和安化门；东面正中为春明门，南北分别为延兴门和通化门；西面正中为金光门，南北分别为延平门和开远门；北面的中段和东段分别与宫城北墙和大明宫南墙重合，西段中为景耀门，东西分别为芳林门和光化门。除正门明德门有五个门道外，其余各门均为三个门道。
外郭城内有南北向大街8条，东西向大街14条。街道的两侧都设排水沟。其中通往南三门和连接东西六门的六条大街是主干道，宽度大都在百米以上。最宽的朱雀大街达155米，是城市的南北中轴线。纵横交错的道路将外郭城分作了110坊（隋称“里”）。根据考古发掘了解，十字街将一坊分为四区，在每一区内都还有一小十字巷，把整座坊分成十六个小块，分布着民宅、官邸、寺院和道观等。各坊均采取封闭式管理，坊门有卫兵把守，晚间会实行宵禁，其中著名的里坊有亲城坊。
皇城亦为长方形，位于宫城以南，其东西与宫城等长，南北宽1843米，周长9.2公里。城北与宫城城墙之间有一条横街相隔，其余三面辟有五门：南面三门，中为朱雀门，两侧为安上门和含光门；东西面各一，分别为景风门和顺义门。南面正中的朱雀门是正门，向南经朱雀大街与外郭城的明德门相通，向北与宫城的承天门相对，构成了全城的南北中轴线。城内有东西向街道7条，南北向5条，道路之间分布着中央官署和太庙、社稷等祭祀建筑。
兴庆宫位于外郭城的东部，原是唐玄宗早年任临淄王时的藩邸，开元二年（714年）改名为兴庆宫。开元十四年（726年）进行了扩建，合并周围的邸宅和寺院，于十六年（728年）竣工，称为“南内”。天宝十三年（754年）又筑宫墙和城楼，形成了一座小型城堡。同时还附外郭墙建造了一道北至大明宫，南至芙蓉园的夹城，方便宫内人员来往潜行。
