Sách Lê Quý dật sử chép rằng: Nguyễn Nhạc nhân đất cũ của Chiêm Thành, sửa đắp thành Đồ Bàn, đào lấy đá ong xây dựng thành lũy, mở rộng cung điện.
Sự kiện ấy được tất cả mọi sử sách ghi lại vào năm 1776. Đến năm 1778 Nguyễn Nhạc cho đổi tên là thành Hoàng Đế. Trong suốt một thời gian dài từ, 1776 đến 1793, tòa thành này là đại bản doanh của quân Tây Sơn và sau đó là kinh đô của chính quyền trung ương Hoàng đế Nguyễn Nhạc. Từ 1793 cho đến khi nhà Tây Sơn thất bại hoàn toàn, tại nơi đây đã diễn ra những trận chiến đấu vô cùng quyết liệt giữa quân Tây Sơn và quân Nguyễn Ánh. Thành Hoàng Đế là một di tích quan trọng của phong trào Tây Sơn.
Thành Đồ Bàn vốn là quốc đô của Champa đã bị hoang phế từ lâu. Sau khi chiếm được phủ thành Quy Nhơn, lực lượng nghĩa quân phát triển mạnh mẽ, Nguyễn Nhạc quyết định chọn nơi đây làm bản doanh. Căn cứ vào các tư liệu lịch sử thì di tích còn lại hiện nay chính là thành Hoàng Đế với cấu trúc ba lớp. Thành ngoại có hình dáng gần như chữ nhật nhưng các cạnh uốn lượn không thẳng và các góc cũng không vuông.
Tổng chu vi thành ngoại đo được 7.400m. Thành mở 5 cửa. Ngoài ba cửa Bắc, Đông, Tây, mặt phía Nam có hai cửa: cửa Vệ hay còn gọi là cửa Nam và cửa Tân Khai (mới mở). Đối chiếu với các sách địa lý và lịch sử thì nguyên xưa thành Đồ Bàn chỉ có 4 cửa. Cửa Tân Khai mới được mở khi Nguyễn Nhạc xây thành Hoàng Đế. Thành được xây bằng đá ong khai thác tại chỗ.
Với kỹ thuật xây đắp như vậy, vòng thành ngoại khá kiên cố. Kích thước của tường thành cũng là điều đáng nói. Mặc dù đã bị sụp lở nhiều nhưng ở một số đoạn, vẫn đo được chân thành có chiều rộng hơn 10m, tường cao trên 6m và mặt thành rộng tới trên 4m. Trong các tòa thành cổ còn lại ở nước ta, hiếm có tòa thành nào quy mô tường thành lớn như vậy.
Thành Nội (hay còn gọi là Hoàng thành) được xây thẳng hướng với cửa Nam, nằm lệch về góc tây nam thành Ngoại. Thành nội cũng được xây dựng bằng kỹ thuật đã xây dựng thành ngoại, đắp đất, bó đá ong hai mặt.
Tử cấm thành (hay còn gọi là Tử thành) là vòng thành trong cùng cũng có cấu trúc hình chữ nhật, chu vi 600m. Tường Tử thành xây thẳng, mặt rộng khoảng 1,5m. Chiều cao còn lại trung bình là 1,8m. Riêng góc Đông Nam cao đến trên 3m. Tử thành chỉ mở một cửa về phía Nam với các tên gọi Nam Lâu, Tam Quan và Quyền Bổng.
Tại tòa thành này bộ chỉ huy nghĩa quân đã lãnh đạo cuộc chiến đấu chống lại quân Trịnh ở mặt Bắc, là điểm xuất phát của các đợt tấn công quân Nguyễn ở phía Nam. Đầu năm 1785 cũng chính từ đây, Nguyễn Huệ đã nhận lệnh của Nguyễn Nhạc đem quân vào Gia Định, lập nên chiến công lẫy lừng, đánh tan 5 vạn quân Xiêm tại Rạch Gầm – Xoài Mút.
Năm 1786 thành Hoàng Đế lại là nơi xuất phát của nghĩa quân tiến ra Phú Xuân đánh tan quân Trịnh, tạo tiền đề cho việc thống nhất đất nước.
Không chỉ là một căn cứ quân sự đơn thuần mà còn là Tổng hành dinh của nghĩa quân và sau đó là kinh đô của Triều đình Nguyễn Nhạc, thành Hoàng Đế được bố phòng khá chắc chắn. Ngoài ra các vòng tường thành kiên cố, thành còn được phòng vệ bằng cả một hệ thống sông ngòi, núi, đồi, gò tự nhiên và nhân tạo bao bọc xung quanh.
Sông Đập Đá tách ra ở Thiết Trụ (xã Nhơn Mỹ) rồi hợp lại ở Lý Tây (xã Nhơn Thành) đã bao bọc thành Hoàng Đế như những con hào tự nhiên, đồng thời là những con đường thủy thuận lợi. Phía Tây Bắc thành còn dấu vết một bến thuyền xưa ở khu vực Bến Gỗ. Từ đó thuyền có thể theo đường sông Quai Vạc trở lại sông Kôn rồi ngược lên Thượng Đạo hoặc xuôi theo sông Đập Đá, sông Đại An về phía Đông ra cửa Thị Nại.
Cùng với tuyến sông - hào, các gò núi quanh thành cũng đóng vai trò không nhỏ trong hệ thống phòng thủ. Phía Nam thành có gò Vân Sơn, gò Tập. Đây là những cao điểm lợi hại án ngữ phía nam thành Ngoại. Theo giải thích của nhân dân địa phương, gò Tập chính là nơi trước đây dùng để luyện tập quân sĩ. Xa hơn gò Tập một chút là Long Cốt. Ngọn núi này, án ngữ phía trước cửa thành. Sử sách còn ghi lại nhiều trận chiến ác liệt xung quanh ngọn núi này.
Thành còn có một hệ thống phòng vệ từ xa trên cả hai mặt thủy và bộ. Đó là các thành lũy dã chiến trên núi Càn Dương, Mò O, Hàm Long, Kỳ Sơn…, các đồn bảo ở cửa biển Đề Gi, Nha Phiên, Thị Nại. Ngoài tòa thành, hiện còn một số di tích liên quan trực tiếp đến phong trào Tây Sơn.
Di tích Bàu Sen ở ngay trước cửa Tân Khai là một hồ rộng và sâu hình chiếc yên ngựa. Tương truyền đó là nơi quân Tây Sơn đào xuống lấy đất để mở rộng thêm thành Hoàng Đế.
Hòn đá chém là tên gọi một phiến đá dài 1,58m, rộng 1,3m, dày 0,38m hiện được lưu giữ trong chùa Thập Tháp. Ngôi chùa được xây dựng vào năm Chính Hòa thứ tư (1683). Tọa lạc vào vị trí gần cửa Bắc thành, ngôi chùa đã chứng kiến nhiều sự kiện lịch sử liên quan đến thành Hoàng Đế và phong trào Tây Sơn.
Năm 1799 Nguyễn Ánh đem quân đánh Quy Nhơn. Thành Hoàng Đế lúc ấy do tướng Tây Sơn là Lê Văn Thanh chỉ huy bị thất thủ. Chiếm được thành, Nguyễn Ánh ra lệnh chém đầu hết tướng tá Tây Sơn rồi đổi tên là thành Bình Định. Đá chém là một trong những phiến đá mà quân Nguyễn đã dùng để kê thớt gỗ lên chặt đầu quân Tây Sơn.
Đá chém vốn ở thành Hoàng Đế nhưng sau vì sợ oan hồn những người chết chém, dân làng đã đem vào chùa. Hiện nay phiến đá được đặt ở bậc lên xuống, nơi các hòa thượng thường hay qua lại.
Trên một cột gỗ thuộc dãy nhà phía sau chùa Thập Tháp có một vết xước lõm sâu 3 cm, rộng 7 cm, dài 13cm, tương truyền là vết đạn súng thần công thời Tây Sơn đánh nhau với Nguyễn Ánh bắn lạc vào. Vết đạn này phù hợp với một loại đạn gang đã được tìm thấy trong thành Hoàng Đế. Năm 1998 chùa được trùng tu, vết đạn trên tường đã bị đục dỡ, nay không còn vết.
So với những công trình kiến trúc mà quân Tây Sơn đã từng tu tạo và xây dựng như thành Phú Xuân (Huế), Phượng Hoàng Trung đô (Nghệ An) và các thành lũy khác trên đất Bình Định, thành Hoàng Đế có quy mô lớn nhất. Tòa thành này đã giữ một vai trò quan trọng trong sự nghiệp thắng lợi vẻ vang của phong trào Tây Sơn đồng thời cũng đã chứng kiến những sự kiện bi tráng trong những năm tháng cuối cùng của triều Tây Sơn, nay trở thành một di tích lịch sử nhắc nhở muôn đời sau về một thời oanh liệt của những người anh hùng áo vải cờ đào.
| 
