Mặc dù đã trải qua hơn một thế kỷ rưỡi với bao cơn bão táp của thiên nhiên và chiến tranh tàn phá, nhưng nhờ có kỹ thuật xây dựng khéo léo và nhất là nghệ thuật kiến trúc rất thành thạo, cho nên, Ngọ Môn vẫn còn đứng vững với thời gian để trở thành một trong những công trình kiến trúc cổ tiêu biểu của miền núi Ngự Sông Hương.
Ngọ Môn xây dựng vào năm 1833, khi vua Minh Mạng cho quy hoạch lại mặt bằng và hoàn chỉnh hóa tổng thể kiến trúc trong Ðại Nội.
Vì Kinh Dịch quy định, ông vua bao giờ cũng quay mặt về phía nam để cai trị thiên hạ, cho nên, ngay từ thời Gia Long (1802 - 1810), khi xây dựng Kinh đô Huế, các nhà kiến trúc đã cho hệ thống thành quách và cung điện ở vào vị trí thế “tọa càn hướng tốn” (tây bắc đông nam). Hướng này cũng được xem như hướng bắc - nam. Ðối với ngai vàng trong Điện Thái Hòa được xem như vị trí trung tâm của mặt bằng tổng thể, Ngọ Môn nằm ở phía nam của nó. Căn cứ trên la kinh (la bàn) của khoa địa lý phong thủy Ðông Phương, phía nam thuộc hướng "ngọ" trên trục "tý ngọ" (nghĩa là bắc - nam). Do đó, triều Minh Mạng đã đặt tên cho cái cổng mới xây ở chính giữa mặt trước Hoàng Thành là Ngọ Môn, thay cho tên cũ là Nam Khuyết Ðài. Chúng ta nên hiểu Ngọ Môn là cổng phía nam với ý nghĩa mang tính không gian, chứ không nên cho rằng chữ "ngọ" ở đây mang tính thời gian là giờ "ngọ", lúc mặt trời đứng bóng giữa ngày. Thành thử không thể dịch chữ Ngọ Môn ra thành "Noon time gate" như có người đã dịch. Có hiểu đúng ý nghĩa của người xưa khi đặt tên, mới thấy rõ hơn vị trí của Ngọ Môn trong tổng thể kiến trúc Ðại Nội. Ngày xưa, cổng này thường đóng chặt quanh năm, chỉ được mở khi vua ra vào Hoàng Thành có đoàn ngự đạo đi theo, và trong những dịp tiếp kiến các sứ ngoại quốc quan trọng trong hoàng cung...
Tuy nhiên, Ngọ Môn không phải chỉ là một cái cổng, mà nó là cả một tổng thể kiến trúc khá phức tạp: bên trên còn có Lầu Ngũ Phụng được xem như một lễ đài, dùng để tổ chức một số cuộc lễ hàng năm của triều đình, như lễ Truyền Lô (đọc tên các sĩ tử thi đỗ tiến sĩ), lễ Ban Sóc (phát lịch), lễ Duyệt Binh...và đây cũng là nơi diễn ra cuộc lễ thoái vị của vua Bảo Ðại vào ngày 30/8/1945.
Về mặt kết cấu kiến trúc, có thể chia tổng thể Ngọ Môn ra làm hai hệ thống: hệ thống nền đài ở dưới và hệ thống Lầu Ngũ Phụng ở trên, mặc dù cả hai đều đã được thiết kế ăn khớp nhau một cách chặt chẽ và hài hòa với nhau từ tổng thể đến chi tiết.
Hệ thống nền đài: Cao gần 5m, nền đài Ngọ Môn xây trên một mặt bằng hình chữ U vuông góc, đáy dài 57,77m và cánh 27,06m. Vật liệu kiến trúc chính là gạch vồ, đá thanh và đồng thau. Ở phần giữa của nền đài trổ ra ba lối đi song song nhau: Ngọ Môn (dành cho vua đi), Tả Giáp Môn và Hữu Giáp Môn (dành cho quan văn võ theo hầu trong đoàn Ngự Ðạo). Ở trong lòng mỗi cánh chữ U có trổ một lối đi như đường hầm chạy xuyên suốt từ trong ra ngoài, rồi thẳng góc vào phía đường Dũng đạo. Hai lối đi này được gọi là Tả Dịch Môn và Hữu Dịch Môn (dành cho lính tráng và voi ngựa theo hầu trong đoàn Ngự đạo). Ở phần trên của 5 lối đi đều xây cuốn thành vòm cao, nhưng ở riêng ở hai đầu 3 lối đi giữa thì các kiến trúc thời Minh Mạng lại kết cấu những hệ thống xà ngang và xà dọc bằng đồng thau với tiết diện 15x12 để gia cố cho sự chịu lực từ Lầu Ngũ Phụng nằm trên đài. Nơi nào chịu đựng trọng lượng càng lớn thì số lượng xà ngang càng nhiều và khoảng cách giữa chúng càng thu hẹp lại, nghĩa là mật độ xà càng cao. Và để giữ vẻ thẫm mỹ, họ đã bọc thêm một lớp đồng lá dát mỏng ở ngoài mặt các hệ thống xà đồng này. Họ đã tỏ ra rất thành thạo trong việc tính toán tải trọng, sức bền vật liệu, cũng như trong việc sử dụng thích hợp các phương thức và các loại vật liệu xây dựng.
Còn ở tầng trên thì mặt trước nhà giữa dựng cửa lá sách, chung quanh nong ván, nhưng có trổ nhiều cửa sổ với những dạng khác nhau: hình tròn, hình cái quạt, hình cái khánh...
Có thể chia 9 bộ mái của Lầu Ngũ Phụng ra làm 3 dãy, mỗi dãy gồm 3 nóc: dãy chính chạy ngang theo đáy hình chữ U và hai dãy phụ chạy dọc theo hai cánh hình chữ U. Hai dãy này được gọi là Tả Dực Lâu và Hữu Dực Lâu.
Từ mặt đất thường, người ta đi lên trên nền đài bằng hai hệ thống bậc cấp xây bằng đá thanh ở hai bên, nằm lộ thiên nhưng rất kín đáo. Quanh trên nền đài là hệ thống nữ tường (tường hoa, lan can) được trang trí bằng nhiều kiểu gạch hoa đúc rỗng tráng men ngũ sắc.
Hệ thống Lầu Ngũ Phụng : Lầu Ngũ Phụng có hai tầng, dưới lớn trên nhỏ. Bộ sườn làm bằng gỗ lim. Lầu gồm chín bộ mái ngói ống tráng men vàng và xanh lá cây, gọi là ngói hoàng lưu ly và ngói thanh lưu ly. Ngói được lợp theo kiểu âm dương. Lầu dựng ở một nền cao 1,14m xây trên đài. Tòa nhà lầu có 100 cây cột chẵn, trong đó có 48 cột ăn suốt cả hai tầng. Mái tầng dưới đơn giản, nối liền nhau chạy quanh một vòng khắp tất cả các phía để che mưa nắng cho các dãy hồi lang của tầng này. Nhưng ở tầng trên thì mái lầu chia ra thành 9 bộ khác nhau, trong đó, bộ mái ở giữa cao hơn 8 bộ mái ở hai bên. Quanh các phía tầng dưới đều để trống chỉ trừ chính giữa có hệ thống cửa gương ở mặt trước, dựng đố bản ở hai bên và mặt sau chỗ thiết Ngự tọa để vua ngồi dự lễ.
Sở dĩ tổng thể Ngọ Môn được xây dựng trên một mặt bằng hình chữ U và hệ thống Lầu Ngũ Phụng được chia ra thành 9 bộ mái lớn nhỏ, cao thấp, nằm nhấp nhô trông vui mắt như thế là vì để tránh sự nặng nề của một công trình kiến trúc hình khối tương đối đồ sộ. Hệ thống nền đài đều xây bằng các loại vật liệu cứng (đá, gạch, đồng), nhưng nhờ tạo dáng mềm mại, bố trí hài hòa và trau chuốt khéo léo, nên trông vẫn rất nhẹ nhàng. Ðá thanh mài nhẵn, gạch vồ nung kỹ, vừa trộn mật mía và nhựa cây với tỷ lệ cao, cho nên độ bền rất lớn. Các lối đi trổ xuyên qua thân nền đài thành những đường hầm khá dài, nhưng ánh sáng thiên nhiên vẫn chiếu dọi vào đầy đủ nhờ những dạ cửa được nâng cao và trổ thêm các cửa sổ tròn trang trí hình chữ "thọ". Các hệ thống lan can con tiện bằng gỗ (ở tầng trên Lầu Ngũ Phụng) và bằng gạch hoa đúc rỗng (nữ tường quanh trên nền đài) càng làm cho tổng thể kiến trúc trở nên thanh tú. Ở các ô hộc trên bờ nóc, bở quyết và các đầu hồi của tòa nhà lầu được trang trí nhiều hình ảnh rồng, giao, dơi ngậm kim tiền, thơ văn, hoa lá, làm cho phần mái càng thêm xinh.
Căn cứ vào số đo của mọi kích thước mặt bằng, các mặt đứng và mặt cắt, cố họa sĩ Phạm Ðăng Trí đã chứng minh rằng tổng thể cũng như từng bộ phận kiến trúc Ngọ Môn đều được thiết lập theo “tỷ lệ vàng” của nền mỹ học Tây phương; mặc dù các nhà kiến trúc vào nửa đầu thế kỷ 19 chỉ làm theo mỹ cảm trực giác của mình.
Mặt khác, những số đếm trên kiến trúc Ngọ Môn cũng được áp dụng theo nguyên tắc của Dịch học Ðông phương, chẳng hạn như số 5, số 9, số 100. Năm lối đi tượng trưng cho “ngũ hành”. Chín nóc lầu biểu hiện con số 9 trong hào “cửu ngũ” ở Kinh Dịch, ứng với mạng thiên tử. Một trăm cây cột nhà ở Lầu Ngũ Phụng cho thấy đó là số cộng của “Hà Đồ” và “Lạc Thư” trong sách ấy.
Số của "Hà Đồ" là 55 (do các số từ 1 đến 10 cộng lại : 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10); số của “Lạc Thư” là 45 (do các số từ 1 đến 9 cộng lại: 1+2+3+4+5+6+7+8+9). Như vậy số thành của Hà Đồ và Lạc Thư cộng lại (55+45) là 100. Và nói đến Dịch học là phải nói đến âm dương, vì “Nhất âm nhất dương chi vị Ðạo”.
Số dương của Hà Đồ là 25 (do các số lẻ từ 1 đến 10 cộng lại: 1+3+5+7+9; số âm của Hà Đồ là 30 (do các số chẵn từ 1 đến 10 cộng lại: 2+4+6+8+10) và số dương của Lạc Thư là 25 (do các số lẻ từ 1 đến 9 cộng lại: 1+3+5+7+9); số âm của Lạc Thư là 20 (do các số chẵn từ 1 đến 9 cộng lại: 2+4+6+8)
Hai số dương của Hà Đồ và Lạc Thư cộng lại là 50 (tức 25+25); hai số âm của chúng cộng lại cũng là 50 (tức là 30+20). Thành ra âm và dương của Dịch học là bằng nhau, đều 50. Nghĩa là : (25+25) + (20+30)= 100.
Trên thực địa, nếu dùng đường trục chính của Ðại Nội là Dũng đạo để chia mặt bằng Lầu Ngũ Phụng ra làm hai phần thì chúng ta thấy mỗi bên có 50 cột đối xứng nhau.
Ðạo âm dương ngũ hành của nền triết học Ðông Phương đã biểu hiện thật cụ thể trên kiến trúc Ngọ Môn. Cho hay, trong các công trình kiến trúc cổ của chúng ta, người xưa đã gửi gắm nhiều ẩn số, ẩn ngữ, ẩn ý rất sâu xa.
Ngoài ra, sự để trống chung quanh tầng dưới Tả Dục Lâu và Hữu Dục Lâu làm lộ rõ các hàng cột thon nhỏ ở Lầu Ngũ Phụng gây cho người xem một cảm giác, một ấn tượng thanh thoát, nhẹ nhàng, dễ chịu.
Tổng thể Ngọ Môn tuy đồ sộ nguy nga, nhìn từ xa như một tòa lâu đài tráng lệ, nhưng khi tiếp cận, chúng ta thấy các kiến trúc sư thời Minh Mạng đã tỏ ra rất cao tay nghề trong việc thiết kế và trang trí, cho nên, nó trở thành một công trình kiến trúc xinh xắn đáng yêu, gần gũi với phong cảnh thiên nhiên và tâm hồn, tình cảm của con người xứ Huế.
Ngọ Môn xứng đáng được liệt vào hàng những công trình kiến trúc nghệ thuật xuất sắc nhất của triều Nguyễn nói riêng và của nền kiến trúc cổ Việt Nam nói chung.
Mặt bằng kiến trúc của hệ thống Lầu Ngũ Phụng ăn khớp với mặt bằng của hệ thống nền đài, như đã nói trên, tạo thành một vòng tay của chủ nhân dang ra phía trước để đón khách vào.