古城墙周长约1500米，高5.6米，顶宽3.5米，以当地特有的“三合土”夯实而成，内侧辅以花岗岩条石加固。墙体设4个城门，分别为东“永泰门”、西“靖海门”、南“安澜门”、北“拱门”，门额均刻有楷书题字，字体遒劲有力。城门上建有城楼，楼内曾设炮台和瞭望台，其中南门城楼现存清代铁炮一门，炮身铸有“康熙二十七年造”字样。
城墙结构体现了明代军事建筑的智慧：墙体每隔30米设一马面，突出城墙外2.5米，用于架设火炮和观察敌情；垛口设计为外宽内窄的“凹”字形，既便于射击又能保护士兵；墙基以条石错缝砌筑，顶部铺设青砖，排水系统由内向外侧倾斜，设有12个排水口，至今仍能有效防涝。这种设计使古城墙兼具防御、防洪双重功能，被誉为“粤东第一石城”。
明清时期，靖海古城墙是抵御倭寇和海盗的前沿阵地。明万历年间，戚继光部将俞大猷曾在此驻军练兵，城墙因此增设烽火台和军械库。清顺治六年1649年，郑成功部将苏茂曾率战船进攻靖海，古城墙凭借坚固结构成功抵御进攻，成为明清海防史上的重要战例。
如今，靖海古城墙大部分保存好，2019年被列为广东省文物保护单位。城墙内侧仍保留着明清时期的民居建筑群，青石板路与斑驳的城砖相映成趣。每年农历正月十六，当地居民会沿城墙举行“走成伥”民俗活动，祈求平安，这一传统已延续数百年。古城墙不仅是研究中国海防史的实物资料，更成为连接历史与当代的文化地标。