Giới nghiên cứu lịch sử cho biết, vòng tường thành thứ ba của Kinh đô Huế nằm phía sau điện Thái Hòa, được vua Gia Long khởi công xây dựng vào năm 1804 gọi là Cung Thành.
Năm 1822 vua Minh Mạng cho đổi tên Cung Thành thành Tử Cấm Thành với ý nghĩa là "Tòa thành cấm màu tía" - nơi sinh hoạt của vua và hoàng gia triều Nguyễn.
Kinh đô Huế vốn nguy nga đài trang, dù trải qua những biến động lớn của lịch sử nhưng nhiều công trình cổ kính vẫn được bảo tồn, lưu giữ. Điều đáng tiếc nhất, có lẽ là Tử Cấm Thành lại không còn nguyên vẹn để hậu thế có thể chiêm ngắm. Tuy vậy, người nay vẫn biết được quy mô kiến trúc, ý nghĩa, giá trị cũng như các quy định thông qua khối Châu bản triều Nguyễn.
Tư liệu "Đại Nam thực lục" ghi rằng: Giáp Tý, Gia Long năm thứ 3 (1804), mùa Hè, tháng 4, ngày Kỷ Mùi, xây Cung Thành và Hoàng Thành. Cung Thành bốn mặt dài suốt 307 trượng 3 thước 4 tấc, xây bằng gạch, cao 9 thước 2 tấc, dày 1 thước 8 tấc.
Phía trước có cửa Tả túc, cửa Hữu túc, bên tả là cửa Hưng Khánh, bên hữu là cửa Gia Tường, phía sau là cửa Tường Lân và cửa Nghi Phượng... Sai Nguyễn Văn Trương và Lê Chất trông coi công việc. Các quan ứng dịch ở đây được thưởng thêm lương tiền. Lại lấy sự chậm chóng để định thưởng phạt.
Cung Thành và Hoàng Thành được khởi công xây dựng cùng một ngày là ngày Kỷ Mùi, tháng 4 năm Gia Long thứ 3 (1804). Như vậy, việc xây dựng mất đúng 3 năm mới hoàn thành. Tháng 4 năm Gia Long 6 (1807), vua lệnh cho: Chế biển các cửa Cung Thành và Hoàng Thành, định lệ canh giữ.
Tư liệu Châu bản triều Nguyễn cũng cho biết hai vị đại thần phụ trách, trông coi trực tiếp là Nguyễn Văn Trương và Lê Chất. Một số cung điện và miếu thờ quan trọng trong Hoàng Cung được giao cho các đại thần Nguyễn Đức Xuyên, Lê Văn Duyệt, Phan Văn Đức, Lê Công Nga.
Dưới triều Nguyễn, về mặt hành chính, hệ thống Hoàng Cung này là cái rốn, là trọng địa số một tại Kinh đô Huế. Đây là nơi tập trung cao nhất của bộ máy điều hành việc nước, cho nên diện mạo các tòa cung điện phải huy hoàng tráng lệ và cần được bảo vệ cẩn mật. Đó là lý do cắt nghĩa tại sao ở đây có tường thành xây dựng lớp trong lớp ngoài.
Mặt bằng của Hoàng Thành có hình chữ nhật, trước và sau đều dài 622m. Mặt trái và phải (Đông và Tây) dài 604m. Vòng thành được xây bằng gạch cao 4,16m, dày 1,04m, móng thành sâu 0,66m. Mũ thành xây theo dạng hình thang cân. Mỗi mặt thành trổ một cửa để ra vào.
Phía Nam là cửa Ngọ Môn, phía Bắc là cửa Hòa Bình, phía Đông là cửa Hiển Nhơn, phía Tây là cửa Chương Đức. Giữa mỗi mặt thành có một pháo đài xây nhô ra ngoài, bên trên dựng nhà vuông để canh phòng. Trong mỗi góc thành có hệ thống bậc thang đi lên.
Ngoài thành có một hệ thống hào bao bọc gọi là hồ Ngoại Kim Thủy. Hệ thống hào rộng 16m, sâu 4m. Giữa thành và hào còn có một khoảng đất rộng 13m - là khu vực đề phòng khi bị tấn công. Nếu thành bị đổ, gạch đá sẽ rơi xuống đây không để cho hào bị lấp đầy.
Với cấu trúc thành cao hào sâu ở vòng đai xung quanh Hoàng Thành, và với lệ canh gác thường trực của lính ở các cửa thành, mặt thành, pháo đài, vọng lâu… khiến cho khu vục này trở thành nơi bất khả xâm phạm.
Tử Cấm Thành nằm trong khu vực Hoàng Thành với mặt bằng hình chữ nhật. Mặt trước và sau đều dài 324m. Mặt trái và phải đều dài 290m. Vòng tường thành được xây bằng gạch, cao 3,72m, dày 0,2m, xung quanh không có hào. Mặt thành phía trước trổ một cửa duy nhất ở ngay chính giữa gọi là Đại Cung môn. Mặt sau có 3 cửa: Tường Loan, Nghi Phụng, Văn Phòng.
Châu bản triều Nguyễn có ghi chép triều Minh Mệnh năm thứ 3 (1822), vua lệnh cho sơn lại Cung Thành màu vàng và đổi tên thành Tử Cấm Thành - nghĩa là thành cấm màu tía.
Tuy nhiên, tại sao sơn màu vàng lại có gọi ý là màu tía? Giới nghiên cứu Hán Nôm cho rằng, theo hán tự chữ "Tử" có nghĩa là Thiên tử và cũng có nghĩa màu tím, dựa theo thần thoại về chòm sao Tử Vi Viên. Tử Vi Viên ở trên trời là nơi ở của Trời, vua là con Trời nên nơi ở của vua cũng gọi là Tử, Cấm Thành là khu thành cấm dân thường ra vào.
Tư liệu từ khối Châu bản cũng cho biết thời Bảo Đại, sau khi xây lầu Ngự Tiền Văn Phòng, mới mở thêm cửa Văn Phòng. Mặt Đông có hai cửa Hưng Khánh và Đông An, về sau lấp cửa Đông An, mở thêm cửa Duyệt Thị ở phía Đông Duyệt Thị Đường. Mặt Tây có 2 cửa: Gia Tường và Tây An. Tất cả các cửa thành ở ba mặt đều xây bằng gạch và vôi vữa, mái chồng nhiều tầng, làm giả ngói.
Bên trong Tử Cấm Thành có hàng trăm công trình kiến trúc với quy mô lớn nhỏ khác nhau. Một số công trình chính gồm điện Cần Chánh, điện Càn Thành, cung Khôn Thái, điện Kiến Trung. Vì là trung tâm nên Tử Cấm Thành thường xuyên được tôn tạo, sửa chữa.
Bản tấu ngày 12 tháng 10 năm Thành Thái 18 (1906) của Công bộ có ghi: Ngày mồng 10 tháng trước bộ thần làm phiến xin tu bổ đường tại 3 cửa Thể Nhân, Đông Nam và cửa Chính Nam để tâu trình lên. Vâng được Châu phê: Các đường trong Tử Cấm Thành từ trước đến nay chỉ dùng vôi ngói dỡ ra để đắp, chưa từng dự trù mua đá núi. Nay truyền cho bộ ngươi bàn trích độ 1.000 đồng tại ngân khoản xây dựng tại Nội để phát mua đá, xếp đống ở ngoài cửa Nghi Phượng và truyền cho các công sở tại Nội lần lượt lấy đắp đường.
Bản tấu ngày 15 tháng 12 năm Duy Tân thứ 3 (1909) của Công bộ tâu rằng: Trong Hoàng Thành và phía ngoài Tử Cấm Thành có 12 đoạn đường, do bị mưa lụt, đất cát trôi mất còn trơ nền đá gồ ghề, cỏ cây mọc rậm rạp, thiếu nhã quan. Đã phái binh lính dọn cỏ cho được quang sạch sẽ. Nay nên thuê mướn đào hết gốc cỏ cây, bồi đắp mặt đường rồi lại lấp đất san cho được bằng phẳng.
Bản tấu của bộ này ngày 24 tháng 12 năm Duy Tân thứ 3 (1909) ghi rằng: Ngày Tết Nguyên đán đã gần, tường gạch xây vây quanh các nơi Tử Cấm Thành, tả hữu miếu, điện Phụng Tiên, 2 cung Thọ Ninh và Ninh Thọ, điện Khâm Văn, phủ Nội vụ, nhà cầu tả hữu điện Cần Chính... hai mặt thân thành trong ngoài đều quét vôi, nhưng do lâu ngày đã bị xám đen. Nay xin nhất loại quét vôi, trang trí lại cho được nhã quan.
Dù là một quần thể quan trọng bậc nhất của Huế, nhưng sau này trải qua những biến động của lịch sử mà Tử Cấm Thành đã không còn nguyên vẹn, hầu hết đều bị san phẳng, chỉ còn đó những phế tích đầy xót xa về một thời hoàng kim của lầu son gác tía.
Tư liệu ghi chép cho thấy cuộc sống của các Hậu phi trong Tử Cấm Thành khá nhàn hạ, nhưng địa vị lại phụ thuộc sự yêu mến của vua. Thời gian mới nhập cung, phải học mọi phép tắc lễ nghi và các điều cấm. Hậu phi may mắn được vua yêu mến có thể được tấn phong đến chức Cung giai cao nhất, ngược lại phải chịu thân phận bị bỏ rơi trong Lục viện.
Tử Cấm Thành là nơi sinh hoạt của vua và hoàng gia triều Nguyễn, các chi tiết cơ bản đều được ghi chép khá cẩn thận qua tư liệu Châu bản. Theo đó, vua làm việc tại chái đông điện Cần Chánh. Bên trong chái lót ván và trải chiếu hoa, xung quanh là cửa kính.
Vua làm việc một mình, có vài thị nữ đứng hầu để lo mài son, thắp thuốc, dâng trà hay đi truyền lệnh. Chương sớ trong ngoài dâng lên nếu không quan trọng thì dụ cho các nha nghị chỉ phê phát, việc quan trọng thì nghị soạn bối chỉ, hoặc giao bản thảo, châu phê.
Nhà nghiên cứu Tôn Thất Bình có ghi lại rằng: Thường lệ Hoàng đế ăn mỗi ngày 3 bữa, thức ăn do đội Thượng Thiện nấu. Thực đơn mỗi bữa chính gồm 50 món khác nhau... Theo tiền lệ, Hoàng đế chỉ ăn một mình và có 5 cung nữ phục vụ, riêng Hoàng đế Duy Tân phá lệ này cho phép vợ cùng ăn chung mâm, Hoàng đế Bảo Đại cùng ăn chung với Nam Phương hoàng hậu và các hoàng tử, công chúa.
Hàng ngày, có 30 cung nữ phục dịch Hoàng đế, chia nhau canh gác hậu cung và chỉ có năm người luôn ở cạnh, luân phiên săn sóc… Khi Hoàng đế "ngự ngơi", 5 người này quạt hầu, đấm bóp, têm trầu, vấn thuốc, một cung nữ chực đợi sai bảo và một cung nữ hát nhè nhẹ để ru Hoàng đế ngủ.
Trong Tử Cấm Thành thời cao điểm có đến hàng chục cung điện huy hoàng tráng lệ và lầu son gác tía, hoàng gia đông đảo có đến hàng trăm thành viên. Trong đó, điện Khôn Thái là nơi ở của Thừa Thiên Cao hoàng hậu, từ sau khi vua Hiệp Hòa cho đón mẹ ruột Trương Thị Thận vào thì không còn Hậu phi triều Nguyễn nào trú tại đây.
Tử Cấm Thành cũng là nơi để vua tiêu khiển lúc nhàn hạ. Tự Đức thường chơi đầu hồ tại điện Cần Chánh, Duy Tân lại chơi đánh lũ với các cô em của bà phi. Minh Mạng thích hát bội nên cho xây Duyệt Thị Đường trong Tử Cấm Thành vào năm 1826 - là nhà hát lớn nhất Hoàng cung.
Các thái giám cũng ghi dấu ấn trong Tử Cấm Thành trong vai trò hầu hạ nhà vua trong các việc liên quan đến chuyện gối chăn, sắp xếp thứ tự các phi tần và ngày giờ gặp gỡ vua.
Họ ghi chép lại giờ giấc để sau này nếu bà phi có con với vua sẽ được xác nhận. Thái giám được cấp trang phục bằng lụa xanh dệt hoa trước ngực. Khi sống, họ lo phục dịch trong Tử Cấm Thành, khi già yếu thì phải rời đi hoặc an dưỡng tại cung Giám Viện.