西安钟楼始建于明洪武十七年（1384年），原址在今西大街广济街口，与鼓楼对峙。昔日楼上悬一口大钟，用于报警报时，故名“钟楼”。钟楼整体以砖木结构为主，构建于用青砖、白灰砌成的方形基座上。楼体为木质结构，深、广各三间。
自地面至楼顶总高36米，由基座、楼身和楼顶三部分组成。下部砖石结构的正方形基座高8.6米，每边长35.5米，面积约1377.4平方米，内有楼梯可盘旋而上，基座之上为两层木结构楼体，由四面空透的圆柱回廊和迭起的飞檐等组成，高27米。由台阶踏步上至基座的平台可进入一层大厅，大厅四面有门，周为平台，顶有方格彩绘藻井，二层四面有木格窗门与外廊相通。
钟楼构造技术应用了唐宋建筑的法则，又有明代建筑技术的革新，整体呈典型明代重檐三滴水建筑艺术风格。楼分两层，下层为一重屋檐，上层有两重屋檐，四角攒顶覆盖碧色琉璃瓦，各层有斗拱凿景彩绘，四周均有明柱回廊、彩枋细窗及雕花门扇，尤其是各层均饰有斗拱、藻井、木刻、彩绘等古典优美的图案，是一座具有浓郁民族特色的宏伟建筑。 钟楼顶部为三重四面攒尖顶结构，由斗栱支撑。金顶原来是铜皮包裹，木质内心，解放后，人民政府换成了用真金锤成的金铂薄顶 。在微翘的屋檐上覆盖有深绿色琉璃瓦，楼内贴金彩绘，画栋雕梁。基座四面正中各有高与宽均为6米的十字形券洞与东南西北四条大街相通，过去是四条大街交会的通道，人流车辆可以从券洞通过。随着城市建设的发展，券洞无法适应交通流量需要封闭，环楼体周围开辟公路转盘，以钟楼为中心辐射出东、西、南、北四条大街并分别与明城墙东、西、南、北四门相接。
钟楼的设计构造体现了中国古代人民的高超智慧，外部的重檐三滴水攒尖顶式不只是增加建筑形制的美观，而且缓和了雨水顺檐下落时对建筑的冲击力，描梁之端的斗拱巧妙地运用了力学原理形成均匀负荷。四角攒尖的楼顶按对角线构筑四条垂脊，从檐角到楼顶逐渐收分，使得金顶稳重庄严。楼上琉璃瓦的板瓦之间扣以筒瓦，以铜质瓦河固定，更使建筑稳固结实，浑然一体。纵观整个大明王朝，西安钟楼的建筑形制、级别之高甚至超过了当时的国都南京。在皇权社会当中，所有的建筑都要遵循严格的等级制度，西安钟楼的重檐攒尖式屋顶和故宫中和殿相同，所使用描龙画凤的和玺彩绘，同样只使用于皇家建筑当中。
钟楼初建时的位置在西大街以北广济街口的迎样观，与南北城门正对，是城市的中心。这一位置正在唐长安城的中轴线上，也是五代、宋、元时长安城的中心。然而，在其后的二百年间，西安城不断扩建，在原来的基础上，向东、向北各扩建了近四分之一的面积，随着城市中心东移，城门改建，新的东、南、西、北四条大街形成，位于迎祥观的钟楼便日益显得偏离城市中心。明神宗万历十年（1582年），由巡抚御使龚懋贤主持，将钟楼整体迁移于今天的地址，成为一座绾毂东西、呼应南北的轴心建筑。清康熙三十八年（1699年），乾隆五年（1740年）和道光二十年（1840年）分别对钟楼进行了大范围以及大规模的整修。
既名“钟楼”，其上的“钟”就不可不提；钟楼一开始悬挂的并不是现在这口大钟，而是铸造于唐代的一口名为“景云钟”的大钟。景云钟铸成于唐景云二年（711年），钟高二米，直径达一点五米，重达万斤，钟身鹤飞龙翔，钟鸣声扬数十里，一直为西大街广济街口的皇家道观景龙观（后改称迎祥观）所用。安史之乱中，迎祥观和钟楼化为灰烬，景云钟也废弃不用。及至明代钟楼在原址上被重建，景云钟也得以再度面世。钟楼东迁，为了将景云钟移到新建的钟楼上，在西大街西段搭起一座斜桥，利用桥面斜坡把景云钟运到了钟楼上，据说地名“桥梓口”因此而得名。奇怪的是，虽然钟楼的式样大小并没有改变，景云钟却怎么也敲不响了。对于景云钟不响的原因，当时民间流传了许多神秘的传说。这些传说也给钟楼的历史又添上一层神秘的色彩。因为景云钟怎么也不响，最后只好按照1∶1的比例再造了一口铁钟，悬挂于钟楼之上。所以说，从明朝修建钟楼至今的600多年里，曾有三个大钟与西安钟楼有关；铸造于唐代的“景云钟”为国宝级文物，为了更好的保存和收藏，1953年移藏至西安碑林博物馆，陈列于二门里东亭内，并禁止出境展览。铸造于明代的铁钟现收藏于小雁塔所在的西安博物院内。现在我们看到的大钟是1996年为了恢复古城“晨钟暮鼓”的历史景象，西安市政府仿制唐景云钟而铸造的，也是最年轻的一口大钟。仿制的景云钟外观与原钟近似，通高2.45米，重6.5吨，钟裙外径1.65米，纹饰、铭文酷似原钟，且音质嘹亮雄浑。1997年1月30日，沉寂了数百年的晨钟暮鼓在古城再此响起，这一传承了数百年的历史景象再此展现在我们面前。
