Thành cổ Sơn Tây nằm ở trung tâm thị xã Sơn Tây (Hà Nội), cách trung tâm Hà Nội khoảng 42km. Đây là công trình quân sự, là thủ phủ của vùng đất Sơn Tây xưa, được coi là một trong tứ trọng trấn (bốn trấn quan trọng) của đất Thăng Long; đó là: Sơn Tây, Kinh Bắc (Bắc Ninh), Hải Dương, Sơn Nam (Nam Định). Thành Sơn Tây vừa là hậu cứ, vừa là bàn đạp để tiến ra bảo vệ phên giậu vùng tây và tây bắc đất nước.

Trấn sở Sơn Tây có nhiều lần thay đổi vị trí. Toà thành hiện tại được vua Minh Mạng nhà Nguyễn cho xây dựng năm 1822, trên vùng đất của hai làng cổ là Thuần Nghệ và Mai Trai.

Công trình được xây dựng bằng một loại vật liệu độc đáo là đá ong - một loại vật liệu đặc trưng của vùng Sơn Tây. Đây là toà thành duy nhất ở Việt Nam xây dựng bằng đá ong.

Thành Sơn Tây có kiến trúc kiểu Vauban - một kiểu thành luỹ phương Tây với những bức tường thành gẫy khúc cùng những pháo đài nhô ra khỏi mặt tường thành.

Về tổng thể, thành có chu vi hình vuông, mỗi cạnh dài khoảng 500m, tường thành cao 4,4m; bên ngoài có hào nước rộng 20m, sâu 4m. Giữa hào nước và tường thành có đường tượng đạo (đường của voi đi tuần).

Ở bốn phía mặt thành có 4 cửa: Tiền, Hậu, Tả, Hữu, tương ứng với 4 hướng nam, bắc, đông, tây. Từ ngoài hào nước có những chiếc cầu dẫn vào cổng thành. Những chiếc cầu từ thời xây thành đã bị phá huỷ, Hiện tại người ta xây lại hai chiếc cầu ở cửa nam và cửa bắc để vào thành.

Cổng thành phía nam, hay còn gọi là Cửa Tiền, vẫn còn dù qua chiến tranh binh lửa. Đây là cửa còn lại đẹp nhất, nhuốm màu thời gian. Cửa Tiền hướng ra phố Quang Trung của thị xã Sơn tây ngày nay.

Các cổng thành đều được xây bằng gạch với kỹ thuật cuốn vòm

Theo trục thần đạo từ Cửa Tiền hướng nam, vào trong thành có các công trình quan trọng còn lại dấu tích là Kỳ Đài, Tam Quan, Sân nghi lễ, Vọng Cung. Ngoài ra trong thành còn có các nhà làm việc, nhà ở quan quân đồn trú, kho lương, kho vũ khí.

Công trình gây ấn tượng nhất là Kỳ Đài (cột cờ). Kỳ Đài cao 18m được xây bằng gạch. Đây là một trong 3 kỳ đài của thành nhà Nguyễn còn tồn tại (cùng với Kỳ Đài thành Hà Nội và Kỳ Đài thành Phú Xuân - Huế)

Sau Kỳ Đài là Tam Quan dẫn vào sân nghi lễ trước Vọng Cung

Vọng Cung (còn gọi là Hành Cung hay Điện Kính Thiên) là một công trình quan trọng trong thành nội. Theo các tài liệu lịch sử, đây là một kiến trúc đặc sắc có 5 gian hai chái, 8 mái chồng diêm. Đây là nơi làm việc của quan tổng trấn và là nơi ngự giá của vua khi tuần thú Bắc Kỳ. Đây cũng là nơi tế lễ hướng về kinh đô của tỉnh, cầu mong mưa thuận gió hoà, quốc thái dân an. Vọng Cung đã bị phá huỷ trong chiến tranh năm 1947. Công trình hiện tại được phục dựng năm 2007.

Cửa Hậu (Bắc Môn) hướng ra phố Lê Lợi của thị xã và sông Hồng. Năm 1883, trong trận chiến thành Sơn Tây với quân Pháp, Cửa Hậu bị hư hại nặng, đã được tu bổ lại năm 1995.

Cửa Tây (Cửa Hữu) hướng ra phố Trần Hưng Đạo cũng bị phá huỷ trong chiến tranh năm 1883. Sau khi chiếm được thành, người Pháp cho xây dựng lại. Còn Cửa Đông (Cửa Tả) nay không còn dấu vết.

Tuy bị huỷ hoại nhiều bởi chiến  tranh, nhưng thành cổ Sơn Tây là một trong rất ít những toà thành cổ Việt Nam còn nguyên vẹn cấu trúc và lưu giữ được nhiều dấu tích. Công trình đã được công nhận là Di tích lịch sử và kiến trúc Quốc gia năm 1995.

Ngày nay, Thành cổ Sơn Tây là một điểm đến của thị xã Sơn Tây, cũng là một công viên văn hoá, lá phổi xanh của Thị xã.