Københavns fæstning i januar 1728, tegnet af J.F. Arnoldt
Københavns første forsvarsanlæg var borgen Havn, som biskop Absalon lod bygge 1167 på Slotsholmen, og som markerede byens grundlæggelse. Frem til 1171 blev der også bygget en vold/bymur. Denne borg stod i 200 år indtil ødelæggelsen af Hanseforbundet i 1369. I 1417 blev borgruinen erstattet af Københavns Slot, der blev opført af biskoppen, men overtaget af kong Erik af Pommern. Ruinerne af begge disse bygningsanlæg kan i dag ses under Christiansborg Slot.
Volden blev gradvist ombygget og moderniseret til en egentlig bymur frem til 1500-tallet, hvor ringmuren havde 11 tårne. Jarmers Tårn er således fra ca. 1529 og Hanetårnet fra 1523. Derudover kan Hans Claussøns Tårn og Løvetårnet påvises arkæologisk. Kun ruinerne af Jarmers Tårn eksisterer i dag som synligt vidnesbyrd om dette forsvarsanlæg.
Efter Christian 4.s kroning 1596 blev der iværksat en gennemgribende omdannelse af fæstningen til et voldanlæg efter moderne nederlandsk tilsnit. Samtidig blev byens areal fordoblet mod øst, hvor Sankt Annæ Skanse blev anlagt 1624. Desuden tilkom Christianshavn, anlagt af Johan Semp 1617. Skansen blev efter Københavns belejring (1658-1660), hvor fæstningen stod sin prøve, ombygget 1660-63 af Henrik Ruse til Citadellet Frederikshavn (Kastellet) for Frederik 3.
1688-92 blev Nyværk anlagt i østlig forlængelse af Christianshavn med 7 bastioner af ingeniøren Gottfried Hoffmann. I 1700-tallet skete kun små reparationer og tilføjelser til voldene, der blev sløjfet i 1856. Voldene er i dag omdannet til parker (Tivoli, Ørstedsparken, Botanisk Have og Østre Anlæg), mens Kastellet og Christianshavns Vold eksisterer i deres oprindelige form.