蒙古帝国实行诸子分封制度，其中今日蒙古本土及中国大部地区被称为大元帝国，或元朝。成吉思汗建立的蒙古帝国自1260年忽必烈即位以来已分裂，演变成为忽必烈的元朝（大元帝国）以及位于其西部的四大汗国，其中元朝包括今日蒙古本土及中国大部地区。1260年忽必烈登基之后，以元上都为都城。但是上都位置偏北，对控制中原不利，因此在1264年忽必烈在解决了与其弟阿里不哥的汗位之争后，决定把迁都至燕京地区。

燕京地区当时尚有金中都故城，然而此城历经金朝末年的战争，自1215年5月31日被成吉思汗的蒙古攻陷之后，其城内宫殿多被拆毁或失火焚毁，而且其城市供水来源——莲花河水系已经出现水量不足的情况，无法满足都城日常生活所需用水。1215年蒙古攻占金中都后改名为燕京。1264年八月，忽必烈下诏改燕京（今北京市）为中都，定为陪都。1267年决定迁都位于中原的中都，1272年，将中都改名为大都（突厥语称汗八里，帝都之意），将上都作为陪都。

忽必烈迁都燕京后，乃居住于城外的金代离宫——大宁宫内。至元四年（1267年），开始了新宫殿和都城的兴建工作。中书省官员刘秉忠为营建都城的总负责人，阿拉伯人也黑迭儿负责设计新宫殿。郭守敬担任都水监，修治元大都至通州的运河，并以京郊西北各泉作为通惠河上游水源。

到至元二十二年（1285年）时，大都的大内宫殿、宫城城墙、太液池西岸的太子府（隆福宫）、中书省、枢密院、御史台等官署，以及都城城墙、金水河、钟鼓楼、大护国仁王寺、大圣寿万安寺等重要建筑陆续竣工。至元二十二年，发布了令旧城（金中都故城）居民迁入新都的诏书：“诏旧城居民之迁京城者，以资高及居职者为先，仍定制以地八亩为一份，其地过八亩或力不能作室者，皆不得冒据，听民作室”。

从至元二十二年到三十一年，有四十至五十万居民自金中都故城迁入大都。此时期还陆续完成了宫内各处便殿、社稷坛、通惠河河道、漕粮仓库等建筑工程。元大都的营建工作至此基本完毕。此后元朝各帝陆续又有添建，如孔庙、国子监、郊祭坛庙和佛寺等，但对元大都总体布局没有变动。

元大都废弃和改建

元惠宗至正二十八年（明太祖洪武元年，公历1368年)夏，朱元璋遣将领徐达、常遇春率军北征，七月抵达通州，元惠宗令淮王帖木儿不花监国，携后妃、太子、公主自健德门出城北逃，前往上都避难。至正二十八年八月初二（1368年9月14日），明军攻陷大都齐化门，由此入城。明太祖将大都改名为北平。

由于元大都故城北居民稀少、地势空旷，在防守时城上军人无可依托，因此徐达在攻城后不久，即于洪武元年（1368年）在城中偏北部增建一道土垣，将城垣变为“日”字形布局，使北段城墙靠近居民密集区，战时守城士兵可以从容筹画衣食。由于新筑城墙西端正值河床，因此自今德胜门以西处向西南倾斜，造成明清北京城池西北缺角的格局。洪武四年（1371年）将此段新城墙以北的元大都城垣废弃，原来北城墙上的安贞门和健德门，以及东、西城墙上最北边的光熙门和肃清门也一并废弃。这四门的城楼，以及被划在城外的官署、住宅尽被拆除。

但是，元大都北城垣虽被废弃，但并未被拆除，而是仍然起到拱卫城池的作用。直至嘉靖朝俺答之变时，在土城（尤其是改名“德胜门外土关”的健德门附近）仍有明军驻守。北平此后为燕王朱棣驻地，其城市格局在明初的五十余年中没有变化。永乐四年朱棣迁都北京后，将北京城南墙南移二里，原元大都南城垣亦未完全拆除，而是任其自行湮灭。至明朝末年，元大都南城垣已经被剥蚀为数座土丘，并被称以“下岗”、“上岗”之名。至清朝，大都南城垣遗迹已完全消失。