钟楼这座正方形砖木结构建筑物，自地面至楼顶高36米，由基座、楼身和楼顶三部分组成。基座每边长35.5米，高8.6米，面积约1377.4平方米，全部用青砖砌成，四面正中各有高竞均为6米的十字相交的券洞，过去是东南西北四条大街交会的通道，人流车辆从券洞通过，随着城市建设的发展，券洞无法适应交通流量需要，券洞早已封闭；在钟楼周围另辟圆形环道。
清代时期的西安钟楼
清代时期的西安钟楼
钟楼的设计构造体现了我国古代人民的高超智慧。外部的重檐三滴水攒尖顶式不只是增加建筑形制的美观，而且缓和了雨水顺檐下落时对建筑的冲击力．描梁之端的斗拱巧妙地运用了力学原理形成均匀负荷。四角攒尖的楼顶按对角线构筑四条垂脊，从檐角到楼顶逐渐收分，使得金顶稳重庄严。楼上琉璃瓦的板瓦之间扣以筒瓦，以铜质瓦河固定，更使建筑稳固结实，成为浑然一体的建筑艺术珍品。
钟楼整体为木质结构，构造技术上即应用了唐宋建筑的法则，又有不少改革和创新。楼的建筑为生檐三滴水，楼分两层，下层为一重屋檐，上层有两重屋檐，四角攒顶覆盖碧色琉璃瓦，各层有斗拱凿景彩绘。两层楼四周均有名柱回廊。登高望远，西安壮丽的市容一览无余。钟楼金顶原来是铜皮包裹，木质内心。解放后人民政府换成了用真金锤成的金铂薄顶。在等级森严的封建社会，钟楼属于宫廷建筑，劳动人民是无权享用的。解放后，劳动人民才成为钟楼的主人。