Vào đầu năm 1789, khi vua Quang Trung dời đô về Phú Xuân (tỉnh Thừa Thiên Huế), Kinh thành Thăng Long sau hàng trăm năm tồn tại với tư cách là kinh đô của nước Đại Việt chỉ còn là Bắc Thành. Đến thời nhà Nguyễn, những gì còn sót lại của Hoàng thành Thăng Long lần lượt bị các đời vua chuyển vào Phú Xuân phục vụ cho việc xây dựng kinh thành mới. Năm 1805, vua Gia Long cho phá bỏ tường của Hoàng thành Thăng Long cũ và cho xây dựng Thành Hà Nội theo kiểu Vauban của Pháp với quy mô nhỏ hơn nhiều. Thành Hà Nội có 5 cửa mở ra các hướng: bắc, đông, tây, đông nam và tây nam, trong đó Cửa Bắc là cửa duy nhất còn tồn tại cho đến ngày nay.
Cửa Bắc có tên Hán Việt là Bắc Môn, được xây dựng trên nền Cửa Bắc thời Lê theo kiểu vọng lâu, cao 8,71m, rộng 17,08m, tường dày 2,48m. Phần thành của Bắc Môn được xây dựng hết sức kiên cố bằng đá và gạch. Chân thành kè đá; cổng thành cuốn vòm, xây bằng gạch; mép cổng kè đá hình chữ nhật. Hai cánh cổng bằng gỗ của thành nay đã được trùng tu, diện tích mỗi cánh 12m², trọng lượng khoảng 16 tấn, chạy trên bánh xe bằng đồng nặng chừng 80kg. Bên trên cổng thành có tấm biển đá khắc ba chữ Hán “Chính Bắc Môn”. Trên mặt tường phía ngoài của Bắc Môn còn có 1 tấm biển đá khắc ngày 25/04/1882 với 2 vết lõm ngay cạnh, ghi dấu thời điểm Thành Hà Nội bị trúng hai phát đại bác từ pháo thuyền của thực dân Pháp.
Phía trên cổng thành Bắc Môn là vọng lâu được dựng bằng gỗ theo lối chồng diêm tám mái, lợp ngói, trổ cửa ra bốn hướng. Nước mưa trên vọng lâu được dẫn thoát xuống dưới qua hai ống máng bằng đá. Hiện nay, vọng lâu được dành làm nơi thờ hai vị tổng đốc Hà Nội là Nguyễn Tri Phương và Hoàng Diệu, những anh hùng đã tỏ rõ khí tiết kiên trung của mình trước thế lực xâm lăng của thực dân Pháp trong 2 lần đánh phá Thành Hà Nội vào các năm 1873 và 1882.
Dù Bắc Môn là công trình do nhà Nguyễn xây dựng, nhưng dưới chân cổng thành là tầng tầng lớp lớp di chỉ thành quách từ các triều đại trước đó, khẳng định sự liên tục trong lịch sử ngàn năm của Hoàng thành Thăng Long. Năm 1998, tại khu vực Bắc Môn, các nhà khảo cổ đã tìm thấy nhiều dấu vết kiến trúc ở độ sâu 1,66m và 2,2m, trong đó có vết tích của những đoạn tường thành xây bằng đá và gạch vồ thời Lê.