La città di Lucca presenta, nel sistema delle fortificazioni, caratteristiche che consentono d'individuare quattro fasi cui corrispondono altrettanti periodi di costruzione. La prima cerchia, di cui oggi sono rimaste poche tracce, è costituita dalle antiche mura romane. Fra l'XI e il XII secolo fu iniziata la costruzione della prima cinta medievale, ultimata verso la metà del Duecento. A causa dell'espansione urbanistica, dalla seconda metà del XIV ai primi decenni del XV secolo fu ampliata la precedente cinta.

L'ultima espansione delle Mura (IV cerchio) rappresenta un rilevante esempio della scienza militare dei secoli XVI e XVII. La costruzione della cinta muraria fu decretata dalla Repubblica lucchese nel 1504 per adeguarsi ai progressi della tecnica militare e garantire una difesa più sicura della città, timorosa delle spinte espansionistiche della politica medicea. I lavori, iniziati nel 1545 e terminati verso il 1650, videro impegnati importanti architetti militari, come Jacopo Seghizzi da Modena, Alessandro Resta da Milano, Ginese Bresciani da Firenzuola, il gruppo degli urbinati Baldassarre Lanci, Francesco Paciotto, Pietro Vagnarelli, i fratelli Matteo e Muzio Oddi; l'unico architetto lucchese che partecipò ai lavori fu Vincenzo Civitali.

Le Mura, che in alcuni tratti seguono l'andamento dei precedenti tracciati medievali, sono formate da undici baluardi congiunti da cortine per una lunghezza totale di oltre quattro chilometri. I baluardi, che garantivano la protezione di un tratto di mura o delle porte, furono posti in modo tale che da ognuno fosse possibile controllare i due vicini. Costruiti con forma e caratteristiche diverse fra loro, incorporarono i torrioni edificati fra il 1516 e il 1522 agli angoli della cinta medievale. Il baluardo di San Frediano, quello più antico, è l'unico che presenta una forma rettangolare. In seguito furono costruiti bastioni ad orecchioni rotondi o a musoni squadrati, assai sporgenti rispetto alle cortine e quindi più adatti alle nuove tecniche di difesa. Su ogni baluardo si trova un piccolo edificio per il corpo di guardia, la "casermetta" (tutt'oggi esistente). All'interno del baluardo furono ricavati grandi ambienti per i cavalli, i soldati e le munizioni. Sia i baluardi che le cortine sono rivestiti da una camicia di mattoni, fabbricati nelle fornaci della Lucchesia. La camicia, verso l'esterno della città, è formata da una scarpa inclinata delimitata in alto da un cordone di pietra (toro), al di sopra del quale si trova un parapetto verticale. Verso l'interno, le mura presentano una scarpata erbosa (terrato) costituita da una grande quantità di terra ammassata e pressata. Una vasta area senza alberi e case, attraversata da fossi con acqua, detta "tagliata" (oggi drasticamente ridotta), circondava l'intero circuito murario.

Le tre porte originarie delle mura rinascimentali sono la Porta San Pietro, la Porta Santa Maria, la Porta San Donato, costruite nella seconda metà del Cinquecento. Si trattava di porte fortificate, dotate di un ponte levatoio azionato da catene, di una saracinesca, di un portone ferrato anteriore e di uno posteriore. Soltanto nel 1811 fu aperta una quarta porta, denominata Elisa in onore di Elisa Bonaparte Baciocchi, che non aveva più le caratteristiche militari delle altre porte, presentandosi piuttosto come un arco di trionfo. Altre due porte, denominate Vittorio Emanuele e San Jacopo, furono realizzate rispettivamente nel 1911 e nel 1931.

Le Mura erano dotate di un apparato bellico imponente: l'artiglieria era formata da colubrine per tiri di lunga gittata, da cannoni per il lancio delle palle metalliche e da petriere per il lancio delle pietre. I cannoni, costruiti da una fonderia cittadina, erano in bronzo. Anche la polvere da sparo veniva prodotta in una fabbrica di salnitro della città. Questo enorme apparato difensivo in realtà non fu mai impiegato a scopo bellico. Nel 1799 gli Austriaci sottrassero oltre 120 cannoni di grosso calibro: da allora le Mura hanno perso valore militare.

Sopra l'anello delle mura si trovano piante secolari che, fin dall'inizio, furono utilizzate per compattare l'enorme massa di terreno. Nell'Ottocento la duchessa Maria Luisa di Borbone incaricò l'architetto regio Lorenzo Nottolini di sistemarle definitivamente a pubblico passeggio. Esse costituiscono ancora oggi una delle mete cittadine più frequentate.