選擇好城址，下一步就是按照一定的布局建設都城了。古代都城的布局，除了要遵循一般城市布局的規律之外，還有一些特殊的要求。古代都城首先是政治中心，是帝王發布政令的地方，因此都城布局的核心思想，是要體現帝王的而權力和威嚴，確保帝王的安全，滿足帝王奢華生活的需要。為此，歷代都城的布局都破費心思。
戰國時期成書的《周禮· 考工記》記載周朝的都城建築規劃：「匠人營國，方九里，旁三門，國中九經九緯，經塗九軌，左祖右社，面朝後市。」這些 規劃周代是否實行還有待於考古發現證實，但它在一定程度上體現了統治者對都城布局的要求。由於《周禮》相傳為上古聖人所作，因此歷代王朝在建設都城時或多或少要附會《周禮·考工記》。尤其是元代的大都城幾乎是完全依照這種規劃思想建造的。
古代都城布局內容十分豐富，以下選擇幾個主要方面，略加介紹。
城、郭為築在城市四周用作防禦的城牆，一般裡面的稱城，外面的稱郭，往往又引申為城、郭裡面的城市區域。商和西周的初期，都城只有一個城(即一個城牆)或壕溝，並無「城」與「郭」的區別。周公營建成周，開創了「小城」和「大郭」連接的布局。但是，西周時諸侯國因屬周天子的下屬，都不能採用成周王都的規格，直到春秋時代，隨著周天子權力衰微和諸侯國力量的膨脹，一些中原諸侯國開始採用這種布局。戰國時期，這種布局逐漸得到推行，除了楚都郢始終只有一個城，其他各國的都城差不多都採用了既有「城」又有「郭」的布局。
在春秋戰國的都城中，「城」(又稱宮城)面積較小，「郭」面積較大，因此，「郭」又稱為「大城」。許多都城是大小兩城相依，大部分城位於郭西南側，占其一隅，例如齊國臨淄即是這樣。也有部分都城是兩城並列，例如燕下都。二者的居住對象與職能也涇渭分明。城是國君、貴族和大臣的居住和辦公之地，郭則是一般居民區，工商業區和墓葬區也在此。所謂「築城以衛君，造郭以守民」，概括了城與郭的不同作用。
春秋戰國時，吳國都城闔閭城和魯國都城曲阜城是採用城中套城的方式建築的，城造在郭的中心，郭完全包圍著城。這種形式在當時尚不普遍，但它更能保障統治者的安全，逐漸為各國所仿效。漢以後，城與郭分開的形式被淘汰，只有郭包城這種形式了。
秦漢至隋唐是中國都城布局趨於成熟定型的時期。至隋唐時期，後世都城布局的基本形式皆已形成。
宮城是皇帝起居飲食、發號施令的地方。早期都城內的宮殿，數量較多，佔地面積較廣，布局不緊湊。西漢長安城內，分布著未央宮、長樂宮、建章宮、桂宮等幾大宮殿群。這些宮殿以及中央衙署往往與居民區交錯分布，或為居民區所包圍。自三國曹魏鄴城開始，宮殿結構趨於緊湊，宮殿在都城中的位置也由漢代的正中偏南演變為集中分布在都城的北側，形成單一的宮城，中央衙署集中在宮城的前面，居民住宅則安排在都城的南部。這樣的布局分區明確，既有利於保障君王與中央衙署的安全，也在君王、臣僚、百姓之間划出了森嚴的界線。隋代長安城在中央衙署外又築了一城，這就是皇城。它從東、南、西三面環衛著宮城。從此，一般的都城就有了宮城、皇城、外郭城三道城牆和三個嚴格區分的區域。
隋唐長安城布局特點是宮城位於整個都城的北部正中，南面隔一條200米寬的大街與皇城相接。宮城和皇城又合稱為內城，郭城從東、南、西三面環抱內城。不過，到了北宋，都城的城、郭布局又發生了較大變化，成為三重方城結構。宮城(又稱皇城)居全城之中，里城(又稱闕城)包著宮城，外城(又稱羅城)又包著里城。南宋臨安城和明代南京城由於居平原和丘陵相交地區，受地形和河流影響，無法按照隋唐長安或北宋開封的布局，因此根據實際情況，將宮城布置在比較合適的地方，分別在城的最南端和城的偏東方。
在城與郭的布局發生變化的同時，宮城在都城總面積中所佔的比例也由大演變為小。漢長安城的宮殿佔了都城的極大面積，僅長樂、未央兩宮就各佔全城面積的1/6和1/7，加上官署、武庫、宗廟、太倉等朝廷各機構的建築物，佔去9/10的面積，剩下供居住的僅佔1/10。因此，一般的貴族也要居住在郭外。唐長安城宮城僅佔全城面積的3.7%，皇城佔6.3%，二者相加才達10%，而居民區則佔了63.8%，其他為道路、河渠等設施所佔，較之漢代有了很大的進步。
商業區「市」的位置也發生了變化。最初市設在宮城的北面，以符合《周禮·考工記》「面朝後市」的原則。漢長安城就是這樣建築的，九個市都在未央宮、桂宮、北宮的北面。曹魏鄴都突破了這種布局，市移到宮城南部的坊裡間，改變了「面朝後市」的傳統。
宮城和「市」位置的變遷，帶來了另一個改變。西漢長安的宮城在全城的西南，整個城坐西朝東，以東門為正門。但是，在東漢的洛陽城中，南、北二宮南北縱列，以南門為正門，形成坐北朝南的布局。從魏晉南北朝到隋唐，都城從坐北朝南發展到東、西對稱，並有南北向的中軸線布局，宮城向北移緊靠北城垣居中，突出體現了皇帝「面南背北」、「面南稱王」的意義。不過，到了元代，為了附會《周禮·考工記》，元大都又重新採用了「面朝後市」的原則，將宮城移到都城的最南面，包在第二道城蕭牆之內，居民區和市場都在蕭牆之外。到了明代的北京城，又將皇城和宮城推到了城市的北部，但不是最北部，因此仍不同於隋唐。
郭和城的平面形狀也不斷變化。一般是近於方形，但不是如《周禮·考工記》中說的是正方形，而是長方形。曹魏的鄴都以前，基本上是南北的縱長方形，從鄴都起東西向橫長方形開始出現。但總的來說，以後的都城仍以南北向的縱長方形為主。還有一些都城的外郭，為適應當時的具體情況和地形，不採用方形布局。西漢長安城先造宮殿，然後再築城，故外郭形狀很不規則，狀如天上的北斗，因此又被稱為斗城。明太祖為了加強南京的防禦，修建外郭時，因地制宜，把許多有軍事意義的小山和玄武湖都囊括進來，因此南京城平面形狀也很不規則。此外，隋唐洛陽城、南唐金陵府和南宋臨安府皆依山傍水，自然彎曲，並不方正。
早期都城的城牆都是用泥土夯築，築時一般是兩邊夾上護板，層層加土夯築堅實，很像今天我國農村有些地方的「干打壘」建房的牆基。隋唐長安城，北宋開封城，都是泥土夯築而成。這些城牆，至今多已不存，只有個別地方，例如洛陽東周王城、燕下都武陽城和西漢長安城，仍保留一些殘牆斷垣，遠遠看去彷彿是一條黃土壠。保存最好的是十六國赫連勃勃的夏國都城統萬城，由於築得特別堅固並且位於荒漠之野，仍保持著挺拔峻偉的風貌。
到了封建社會的後期，都城開始用磚建築城牆。這一變化大約最早開始於我國南方地區。從唐末五代開始，南方的一些較大城市，例如成都、蘇州和福州，相繼用磚來築城。磚建的城牆無疑比用土夯成的城牆牢固一些，並且不怕雨水，因此，宋元以來主要城市都採用用磚建城牆的方法。都城作為政治中心在此方面自然不甘落後。明代的南京城是我國歷史上第一座用磚砌的都城，用每塊重約20公斤，統一規格的大型城磚包著城牆的外層，因而相當牢固，此後北京城也採用了這種做法。
春秋戰國時的若干都城已有了規劃嚴整、比較整齊的街道。西漢長安因就秦舊離宮建設，因而形成不規則的平面，道路顯得零亂，但主要街道仍作丁字或十字相交，街道都是直線，採取正東正北的方向，通向城門。城中有八條主要街道，其中貫通南北的安門內大街長達五公里，寬約50米。此大街中間20米是皇帝專用的馳道，兩側有溝，溝外兩側又各有寬13米的街道。
自東漢末曹操修建鄴城以後，都城大多採用類似棋盤的規則平面布局，並往往有一條橫穿城市的中心大街。它的街面特別寬廣，一般南北向，起自外郭正門，經皇城正門，爾後再穿過宮城正門直抵北城牆正中。這條中心大街，相當於城市布局的中軸線，全城所有的建築物皆以其為基準，大致對稱分布在中軸線兩側。早在戰國時代邯鄲的趙王城和燕下都，已經有了在中軸線上以宮室為主體展開建築物的布局方法，曹魏鄴城使這種布局更加明確。這種城市布局形式造成一種左右對揖朝向正中宮城的氣勢，突出帝王無上的權威，因此，自曹魏鄴都以後，便被歷代所採用，成為我國古代都城街道和建築物布局的主要形式，而以隋唐長安城和元大都城最為典型。
隋唐長安城的中軸線是朱雀門大街，一稱承天門大街。南端始自外郭城正中的明德門，往北穿過皇城正南門朱雀門、宮城正南門承天門，筆直貫穿全城南北。包括此街在內的11條南北向大街、14條東西向大街構成整齊的道路網，將全城劃為若干個棋盤格，白居易賦詩「百千家似圍棋局，十二街如種菜畦