Thành Cổ Loa gồm 9 vòng hình xoáy trôn ốc (nên còn gọi là Loa thành) , bên ngoài có hào sâu bao bọc Song, dấu tích còn lại hiện nay chỉ có ba vòng thành: thành Nội, thành Trung và thành Ngoại. Cả ba lớp thành được nối liền bằng một cửa lớn gọi là Loa Khẩu ở phía Đông Nam. Ngoài ra, mỗi vòng thành đều có hào nước bao quanh bên ngoài. Hào rộng trung bình từ 10m đến 30m. Các vòng hào đều thông với nhau và thông với sông Hoàng. Điều đặc biệt của người xưa khi xây dựng thành Cổ Loa là đã tạo nên sự kết hợp khéo léo của sông, hào và tường thành, không mang hình dạng nhất định. Vì vậy, nếu không am tường, những kẻ lạ  khi đột nhập vào thành sẽ như đi lạc vào một mê cung. Vì lẽ đó, thành Cổ Loa được đánh giá là một khu quân sự hoàn hảo, vừa thuận lợi khi tấn công, vừa vững chắc khi phòng thủ.