พระบาทสมเด็จพระพุทธยอดฟ้าจุฬาโลกมหาราช รัชกาลที่ 1 ได้โปรดเกล้าให้กระทำพิธียกเสาหลักเมือง เมื่อวันอาทิตย์ เดือน 6 ขึ้น 10 ค่ำ ตรงกับวันที่ 21 เมษายน พ.ศ. 2325 เวลา 6.54 นาฬิกา การฝังเสาหลักเมืองมีพิธีรีตองตามพระตำราที่เรียกว่า พระราชพิธีนครฐาน ใช้ไม้ชัยพฤกษ์ทำเป็นเสาหลักเมือง ประกับด้านนอกด้วยไม้แก่นจันทน์ที่มี เส้นผ่าศูนย์กลางวัดที่โคนเสา 29 เซนติเมตร สูง 187 นิ้ว กำหนดให้ความสูงของเสาหลักเมืองอยู่พ้นดิน 108 นิ้ว ฝังลงในดินลึก 79 นิ้ว มีเม็ดยอดรูปบัวตูม สวมลงบนเสาหลัก ลงรักปิดทอง ล้วงภายในไว้เป็นช่องสำหรับบรรจุดวงชะตาเมือง

ในรัชสมัยพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว รัชกาลที่ 4 โปรดเกล้าให้ขุดเสาหลักเมืองเดิม และจัดสร้างเสาหลักเมืองขึ้นใหม่ทดแทนของเดิมที่ชำรุด เป็นแกนไม้สัก ประกับนอกด้วยไม้ชัยพฤกษ์ 6 แผ่น สูง 108 นิ้ว ฐานเป็นแท่นกว้าง 70 นิ้ว บรรจุดวงเมืองในยอดเสาทรงมัณฑ์ที่มีความสูงกว่า 5 เมตร และอัญเชิญหลักเมืองเดิม และหลักเมืองใหม่ ประดิษฐานในอาคารศาลหลักเมืองที่สร้างใหม่ มียอดปรางค์ ก่ออิฐฉาบปูนขาว ได้แบบอย่างจากศาลหลักเมืองกรุงศรีอยุธยา เมื่อปีพุทธศักราช 2395

ศาลหลักเมืองได้รับการปฏิสังขรณ์อีกหลายครั้ง ในปี พ.ศ. 2523 มีการบูรณะซ่อมแซมครั้งใหญ่ เพื่อเตรียมการเฉลิมฉลองสมโภชกรุงรัตนโกสินทร์ ครบ 200 ปี พ.ศ. 2525 ศาลหลักเมืองได้รับการบูรณะอย่างสวยงาม ด้านทิศเหนือจัดสร้างซุ้มสำหรับประดิษฐานเทพารักษ์ทั้ง 5 คือเจ้าพ่อหอกลอง เจ้าพ่อเจตคุปต์ พระเสื้อเมือง พระทรงเมือง และพระกาฬไชยศรี มีการจัดละครรำ ละครชาตรี ให้ผู้ต้องการบูชา ว่าจ้างรำบูชาศาลหลักเมืองอยู่ด้านข้าง