西直门城楼台基底宽40.9米,城台顶进深24米,城台高10.7米,内侧券门高8.4米,外侧券门高6.3米。城台内侧左、右马道宽5米,城楼面阔五间,连廊面宽32米,进深三间,连廊通进深15.6米,城楼连城台通高32.7米。瓮城连接城楼与箭楼,西北角设有瓮城庙。在瓮城南墙辟有一瓮城门。与城门方向成曲尺型,以利屏蔽城门。
上方有一座单檐硬山谯楼有两层12个窗,有称瓮城门楼。城外护城河木桥改为石桥。门楼通高34.4米,为3层飞檐歇山式建筑,柱、门、窗皆为朱红色,檐下的梁枋上饰以蓝、绿两色图案,顶部为绿色琉璃瓦,饰有望兽及脊兽。
在门楼台下部正中与城垣墙身垂直方向,辟有券顶式城门洞,因沿袭和义门之制,较内城其他门洞低。装有向内开启的城门一合,用锭铁固定。城门正前方为一重檐歇山顶箭楼,西、南、北3侧共有箭窗82孔。箭楼西侧面阔7间,内侧庑座面阔5间,通高30米,俯视呈“凸”型。