ชั้นใน

เวียงชั้นใน เป็นที่อยู่ของเจ้าผู้ครองนคร, เชื้อพระวงศ์, ขุนนาง และชาวยวนซึ่งเป็นชาวเมืองพื้นถิ่น มีกำแพงอิฐหนาล้อมรอบทั้งสี่ด้าน มีประตูอยู่ 5 ประตู มุมกำแพงทั้ง 4 มุม ทำเป็นป้อมปราการแบบไม่มีหลังคา รอบกำแพงด้านนอก ขุดเป็นคูน้ำ กว้างประมาณ 16 เมตร (ในอดีต) โดยชักน้ำมาจากดอยสุเทพเข้าทางคูเมืองตรงป้อมทิศตะวันตกเฉียงเหนือ โดยน้ำที่ชักมามีการเก็บเป็นช่วงๆคูน้ำ แต่ละช่วงของคูน้ำก็จะมีความสูงพื้นที่ลดหลั่นกันไป เริ่มจากจุดที่ชักน้ำเข้ามา เป็นจุดที่มีความสูงมากที่สุด และตรงป้อมด้านทิศตะวันออกเฉียงใต้ เป็นจุดที่มีความสูงพื้นที่ต่ำที่สุด

ในเขตเวียงชั้นในนี้ ยังเป็นที่ตั้งของเวียงแก้ว หรือเขตพระราชฐานของกษัตริย์และเจ้าผู้ครองนคร

ชั้นนอก

เวียงชั้นนอก ซึ่งตั้งอยู่ไม่เกินไปกว่าแนวกำแพงดิน เป็นเขตที่อยู่อาศัยของกลุ่มชาติพันธุ์หลากหลาย เช่น ชาวเขิน, มอญ, พม่า ไทใหญ่ และไทยวน มีกำแพงคอยโอบล้อมเวียงชั้นในไว้เฉพาะด้านทิศใต้ และทิศตะวันออกเท่านั้น ส่วนทิศเหนือและทิศตะวันตกของเมือง มีกำแพงอยู่ชั้นเดียวคือกำแพงของเวียงชั้นใน เวียงชั้นนอกมีประตูอยู่ 5 ประตู ตัวกำแพงมีทั้งช่วงที่ก่ออิฐ และเป็นกำแพงดินที่ด้านบนปูด้วยอิฐใช้เป็นทางเดิน ติดกับกำแพงด้านนอก มีคลองแม่ข่า เป็นปราการชั้นแรก ตัวกำแพงสูงราว 8 เมตร มีฐานกว้างราว 6 เมตร ทางเดินด้านบนกว้างราว 3 เมตร มีป้อมตรวจการณ์เป็นระยะ

"ตัวเมืองเชียงใหม่นี้เป็นที่ใหญ่โตและภูมถานดียิ่งนัก สมควรที่จะเป็นเมืองใหญ่แห่งพระราชอาณาจักร์ฝ่ายเหนือ มีบ้านเรือนโรงร้านตึกห้างอย่างดีเกือบจะเผลอไปว่าเป็นกรุงเทพฯ ได้บ้างทีเดียว มีแปลกอย่างหนึ่งที่บ้านเมืองที่ครึกครื้นมาอยู่ริมลำแม่น้ำทั้งหมด ส่วนภายในกำแพงที่เขาเรียกกันที่นี่ว่าในเวียงออกจะกลายเป็นป่า มีแต่วัดมากกว่าอย่างอื่น มีที่รกๆ ทิ้งอยู่เปล่าๆ เป็นอันมาก ที่ยังเป็นที่คนอยู่ได้ติดอยู่เดี๋ยวนี้ เพราะเหตุที่มีศาลารัฐบาลแลสถานที่ราชการบางอย่างตั้งอยู่ภายในกำแพงเมือง ทำให้คนต้องไปมา ก็มีราษฎรตั้งอยู่ขายข้าวขายของบ้าง แต่ร่วงโรยเสียเต็มทีความรู้สึกเดี๋ยวนี้ที่เรียกว่าในเวียงหน้าตาเป็นนอกเวียง ส่วนตัวเมืองจริงๆ อยู่ข้างนอกทั้งนั้น"[3]— สมเด็จพระอนุชาธิราช กรมหลวงนครราชสีมา
เสด็จตรวจราชการฝ่ายเหนือ เมื่อ พ.ศ. 2463