국내성에서 서북으로 2.5km 떨어진 험준한 산봉우리로 둘러싸인 곳에 자리잡고 있다. 산성은 해발 676m의 최고봉을 중심으로 동남 방향으로 열린 골짜기를 3면에서 에워싸고 있다. 북쪽의 소판차령(小板颼嶺)에서는 관구검(毌丘儉)의 공적비(소위 〈관구검기공비〉)가 발견되어, 244년 조위(曹魏) 침공군에게 공략당한 당시의 고구려 도성이 이곳이며, 환도성으로 불리었음을 알려준다.
동서북의 3면 성벽은 산등성이를 따라 쌓았고, 통구하에 면한 절벽 위에 남쪽 성벽이 축조되어 있다. 평면은 대체로 키 모양을 띠고 있으며, 전체 둘레가 6,951m에 달한다. 잘 다듬은 성돌을 안팎으로 쌓아올린 성벽은 북벽·동벽 남단·서벽 북단 등의 구간에 잘 남아 있고, 남문터의 동서벽 구간도 최근 정비되었다. 한편 성벽의 성가퀴에서는 돌구멍이 여러 곳에 남아 있다. 이러한 성가퀴의 특이한 시설은 일정한 간격을 두고 배치되어 있는데 패왕조산성(覇王朝山城)·고검지산성(高儉地山城)·흑구산성(黑溝山城) 등에서도 보이고 있다. 동벽의 남측에 20여 곳이 있고, 북벽과 서벽에서도 보인다.
통구하에 면한 남문은 환도성의 정문으로 평지로부터의 진입이 용이하여 2중의 옹성 구조를 갖추고 있다. 남문의 동편으로 수문(水門)이 잘 남아 있다. 동벽과 북벽에도 각각 2곳의 성문이 있다. 한편, 최근의 발굴 결과, 남문의 서편 끝단 부근에도 성문터가 두 곳 더 있음이 밝혀졌다. 바닥에 깔려있는 돌과 성문 돌쩌귀를 확인할 수 있다. 역시 옹성의 구조이다.
성 안에는 경사가 완만한 산비탈이 넓게 펼쳐져 있다. 남문에서 멀지 않은 곳에 장대(將臺)가 솟아있고, 그 북쪽 인근에 병영터로 불리우는 건물터가 있다. 여기에서 동북쪽의 평탄지에 궁전터가 남아있다. 대열을 이루고 있는 주춧돌들이 드러나 있어 규모를 짐작하여 볼 수 있다. 이밖에도 성 안에서는 돌무지무덤은 물론이고 돌방흙무덤도 남아 있는데, 이들 무덤은 산성의 사용과 짝하는 것으로, 이 성의 초축 시기와 도읍으로서의 운용 그리고 평양성으로 도읍이 옮겨진 뒤의 역할 변화에 대해 생각해 볼 여지를 던져준다.