该城是在原唐代庭州城的基础上建立的，是唐代“北庭大都护府”的所在地。9世纪后属西州回鹘。13世纪初隶属蒙古，元宪宗蒙哥时曾置行尚书省，元代在此设别失八里元帅府，为北疆重镇。城址约于明代初年荒废。
故城规模宏大，平面呈不规整长方形，分内外两城。外城墙周长4596米。内城位于外城中部略偏东北，城墙周长3003米、残高10余米、厚8～12米、墙基宽8～12米，为夯土建筑。内、外城墙都有城门、马面、角楼台基，城墙外有护城河。城内原有建筑破坏殆尽，仅存三处残破墙基，九处残基址，其中两处为佛寺基址。内城建于高昌回鹘时期，城内曾出土很多唐代板瓦、筒瓦和莲纹方砖，城西北隅出土唐代铜质官印“蒲类州之印”和工艺水平很高的铜狮、石狮、葡萄纹铜镜、开元通宝钱币、刻花石球、下水管道及陶器等
2016年，中国社会科学院考古研究所对城址外城墙南门遗址进行发掘，证实了外城墙主体始建于唐，延用至元。2018年至今，中国社会科学院考古研究所对北庭故城开展连续性考古发掘，基本确定内、外城护城壕的位置和规模。出土钱币、莲花纹地砖、兽骨、瓦当残片、筒瓦残片、景教铜十字架、滑石石圭、联珠莲瓣纹残瓦当等文物，从侧面反映出北庭故城延续时间长、文化面貌复杂的特点。
考古工作使唐代至蒙元时期的北庭故城布局、沿革渐次显露，内城可能为唐代最早建设的庭州城，后相继成为北庭都护府、高昌回鹘夏都、元代宣慰司、都元帅府的核心区所在，实证了唐以后中原王朝对西域的管辖治理和丝绸之路的繁荣畅通。
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