Kinh thành Hoa Lư có lợi thế trong phòng bị với địa thế hiểm trở, bốn bề là rừng núi bao bộc, dưới chân núi là hệ thống sông suối, nhưng để phát triển kinh tế lại có nhiều hạn chế. Nhận biết hạn chế đó, vua Lý Công Uẩn khi lên ngôi đã nghĩ đến việc dời đô. Nhận thấy vùng thành Đại La có nhiều thuận lợi cho việc xây dựng và phát triển đất nước, vua Lý Thái Tổ đã quyết định dời đô, trong bản Thiên đô chiếu có viết: “Ngày xưa, nhà Thương đến đời Bàn Canh năm lần dời đô, nhà Chu đến Thành Vương ba lần dời đô, há phải các vua thời Tam đại ấy theo ý riêng tự dời đô xằng bậy đâu. Làm như thế cốt để mưu nghiệp lớn, chọn ở chỗ giữa, làm kế cho con cháu muôn đời, trên kính mệnh trời, dưới theo ý dân, nếu có chỗ tiện thì dời đổi, cho nên vận nước lâu dài, phong tục giàu thịnh. Thế mà hai nhà Đinh, Lê lại theo ý riêng, coi thường mệnh trời, không noi theo việc cũ Thương, Chu, cứ chịu yên đóng đô nơi đây, đến nỗi thế đại không dài, vận số ngắn ngủi, trăm họ tổn hao, muôn vật không hợp. Trẫm rất đau đớn, không thể không dời. Huống chi thành Đại La, đô cũ của Cao Vương, ở giữa khu vực trời đất, được thế rồng cuộn hổ ngồi, chính giữa nam bắc đông tây, tiện nghi núi sông sau trước. Vùng này mặt đất rộng mà bằng phẳng, thế đất cao mà sáng sủa, dân cư không khổ thấp trũng tối tăm, muôn vật hết sức tươi tốt phồn thịnh. Xem khắp nước Việt đó là nơi thắng địa, thực là chỗ tụ hội quan yếu của bốn phương, đúng là nơi thượng đô kinh sư mãi mãi muôn đời. Trẫm muốn nhân địa lợi ấy mà định nơi ở, các khanh nghĩ thế nào?”. 

Để có nơi triều đình làm việc và chỗ ở cho hoàng thất, Lý Thái Tổ cùng các quần thần đã gấp rút xây dựng những công trình cơ bản của kinh thành Thăng Long. Đến đầu năm 1011 thì hoàn thành. Khi mới xây dựng, kinh thành Thăng Long được xây dựng theo mô hình Tam trùng thành quách gồm: vòng ngoài cùng gọi là La thành hay kinh thành, vòng thứ hai là Hoàng thành, giữa hai lớp thành này là khu vực thị - dân cư bao gồm những phố - phường thủ công nghiệp, buôn bán, những xóm làng nông nghiệp và một hệ thống chợ - bến sầm uất; lớp thành còn lại là Tử cấm thành hay Cấm thành hay Long Phượng thành là nơi ở của nhà vua.

Về việc xây dựng hệ thống cung điện của triều Lý, sách Đại Việt sử ký toàn thư chép: “... phía trước dựng điện Càn Nguyên, làm chỗ coi chầu, bên tả (trái) làm điện Tập Hiền, bên hữu (phải) dựng điện Giảng Vũ (võ). Lại mở cửa Phi Long thông với cung Nghênh Xuân, cửa Đan Phượng thông với cửa Uy Viễn, hướng chính nam dựng điện Cao Minh, đều có thềm rồng, trong thềm rồng có hành lang dẫn ra xung quanh bốn phía. Sau điện Càn Nguyên dựng hai điện Long An, Long Thuỵ là nơi vua nghỉ. Bên tả (trái) xây điện Nhật Quang, bên hữu (phải) xây điện Nguyệt Minh, phía sau dựng hai cung Thuý Hoa, Long Thuỵ làm chỗ ở cho cung nữ”.

Theo những tài liệu sử học ghi chép lại, cụm kiến trúc trung tâm này tiếp tục được xây dựng thêm, tu bổ, sửa chữa trong những năm về sau, đặc biệt là vào năm 1029, năm đầu tiên dưới triều vua Lý Thái Tông.

Cùng với hệ thống cung điện, hệ thống thành luỹ Thăng Long dưới thời Lý cũng từng bước được xây dựng với cấu trúc, trên đại thể, bao gồm ba lớp (vòng) thành:

Cấm Thành hay Tử Cấm Thành là vòng thành thứ nhất bao quanh khu vực có các cung điện, là nơi ở và làm việc của vua, là nơi thiết triều.

Hoàng Thành (hay Thăng Long Thành) là vòng thành thứ hai. Vòng thành này phía ngoài đào hào, mở bốn cửa là Tường Phù ở phía đông, Quảng Phúc ở phía tây, Đại Hưng ở phía nam và Diệu Đức ở phía bắc.

Đại La Thành (hay Thăng Long Ngoại Thành) là vòng thành luỹ thứ ba. Vòng thành này được đắp bằng đất, vừa mang chức năng bảo vệ, vừa là đê chống lụt cho cả kinh thành. Thành Đại La được sử dụng trên cơ sở sửa chữa, tu bổ thành Đại La có từ trước. Mặt đông, thành chạy dọc theo hữu ngạn sông Hồng như một đoạn đê của sông này (từ Bến Nứa cũ cho đến Ô Đống Mác ngày nay), mặt bắc dựa theo sông Tô Lịch phía nam Hồ Tây cho đến Yên Thái (đường Hoàng Hoa Thám ngày nay), mặt tây theo tả ngạn sông Tô Lịch từ Yên Thái đến Ô Cầu Giấy và mặt nam theo sông Kim Ngưu qua Giảng Võ, Ô Chợ Dừa, Ô Cầu Dền nối với đê sông Hồng. Tổng chiều dài thành Đại La khoảng 30km. Thành mở nhiều cửa ô. Chúng ta không có tư liệu đầy đủ về các cửa thành này, chỉ biết sử biên niên có chép đến các cửa ô Triều Đông (dốc Hoè Nhai), Tây Dương (Cầu Giấy), Trường Quảng (Ô Chợ Dừa), Nam (Ô Cầu Dền), Vạn Xuân (Ô Đống Mác).

Sau khi định đô, vua quan nhà Lý đã tiến hành xây dựng cung điện, hoàng thành không chỉ lấy nơi ở và làm việc của cả hệ thống chính quyền vua quan mà còn thể hiện thanh thế, tầm vóc, đặt nền móng phát triển cho một triều đại thịnh trị. Những cung điện, đền đài theo thời gian đã mai một, nhưng những di chỉ khảo cổ học còn lại được khai quật tại khu vực Hoàng Diệu ngày nay đã phần nào phản ánh đời sống, thành quách của kinh đô Thăng Long xưa.

An Viên