Thành Diên Khánh do Nguyễn Phúc Ánh xây đắp năm Quý Sửu (1793). Từ thời Gia Long đến cuối thời Pháp thuộc, thành Diên Khánh là nơi đóng cơ quan đầu não của địa phương và nhà Nguyễn.
Thành được đắp đất, chu vi 336 trượng 4 thước, cao 8 thước 5 tấc. Trổ 6 cửa ra vào, xây gạch kiên cố, trên có vọng lâu tứ diện thông phong. Đặc biệt, ngoài thành có hào sâu luôn luôn nước đầy do sông Cái tháo vào.
Ngày xưa, để ra vào trước các cửa thành đều có xây cầu vồng bằng gạch. Chung quanh hào lại có lũy bao bọc và có trại canh gác. Cho nên, thành tuy bằng đất nhưng rất kiên cố, địch muốn công phá không phải dễ dàng.
Lúc mới xây, các cửa thành đều bằng đất và có 6 cửa. Đến năm Thiệu Trị thứ 7 (1847) lấp bớt 2 cửa và xây bốn cửa gạch kiên cố. Đến thời Pháp thuộc lại lấp thêm hai cửa tiền và hậu. Hiện nay Thành chỉ còn cửa Đông và cửa Tây.
Trong thành có Hành cung của nhà vua, dinh thự của các quan thủ hiến và có những ty, tào, đồn trại. Theo sách Xứ Trầm Hương của Quách Tấn, đến cuối triều Hàm Nghị, nghĩa binh Cần Vương lấy thành làm cơ sở kháng chiến.
Quân Pháp nã súng đại bác vào tàn phá hết một số dinh thự. Và sau khi chiếm trọn lãnh thổ nước ta, Pháp phá hủy vòng lũy, lấp cạn vòng hào ở quanh thành, triệu hạ cửa tiền và cửa hậu.
Mãi đến mùa xuân năm Ất Dậu (9.3.1945), Nhật đảo chính Pháp, quyền cai trị giao cho triều đình Huế. Cơ quan tỉnh Khánh Hòa bỏ thành Diên Khánh, dời xuống Nha Trang.
Năm 1988, Thành cổ Diên Khánh được công nhận là di tích lịch sử cấp quốc gia. Từ cuối năm 2014, tỉnh Khánh Hòa đã lập đề án di dời các cơ quan hành chính, quân sự khỏi nội thành Diên Khánh.
Nhằm bảo tồn và phát huy giá trị di tích quốc gia, phục vụ tốt công tác tuyên truyền, giáo dục truyền thống cách mạng, địa phương sẽ đầu tư 166 tỉ đồng nhằm tu bổ Thành cổ Diên Khánh.
Quy mô dự án, địa phương sẽ giải tỏa trong phạm vi vùng bảo vệ di tích; tu bổ, tôn tạo, phục hồi tuyến thành đất; xây mới tuyến đường lát gạch thẻ nằm ngoài theo đường ranh giới bảo vệ trong; xây dựng 3 bãi đậu xe, xây dựng mới 2 khu vệ sinh công cộng; xây dựng mới 1 cầu Vàm bắc qua hào nước ở cổng phía Bắc; chỉnh trang hình thức các cầu công Tiền, Đông, Tây; nạo vét bùn đất và vệ sinh lòng hào, mái hào và chống thấm thành hào, đáy hào…
