在古代，城垣的建筑、扩建一直是广州城市建设的重要内容。
秦始皇三十三年（公元前214年），任嚣、赵佗率军南下，统一岭南，在甘溪水道（即今仓边路）以西的古番山和禺山上修筑南海郡治番禺城（史称任嚣城），创广州建城之始。当时珠江三角洲范围不及现今广大，涨潮可涌至番禺城下。任嚣依山傍水筑城，即可防御外敌入侵和免受水患，又便于取得甘溪的淡水。秦末天下大乱，任嚣病故，赵佗取而代之，于公元前206年建立了南越国。赵氏南越国以番禺为都，扩建城池“周十里”，建立南越赵佗城，其范围东到今芳草街附近，南到西湖路北，西到华宁里，北到越华路，是座“负山带海”的城市。“山”指越秀山；“海”为当时水面较为宽阔的珠江。
汉武帝元鼎六年（公元前111年），汉军平南越，从此，广州成为汉王朝国家对外贸易的基地和重要港口城市。三国东吴时期，孙权建立交、广二州。合浦以南为交州，以北为广州，广州由此得名。吴交州刺史步鹫把交州治所从广信（今广西梧州）迁到南海郡，重修越城的西半部，并把城区大规模的向北扩展。
广州城市建设发展史上，唐、宋时期出现了重大的转折。唐代广州城“州城三重”。初古越王城、子城外，城西还有“番坊”。当时广州城最大的变化是向西扩展，在今光塔街一带建有“番坊”，许多海外客商在这里“筑石联城，以长子孙”。到了宋代，又相继在古越城东部筑东城，广西里，西与以南汉旧城为基础构筑的子城相接，后又筑西城，周13里。三城东西相连，它的东面在今德政路附近，南至今文明路、大南路和大德路，北到今豪贤路、越华路和百灵路一带。南宋嘉定三年（公元1201年），又增筑东西雁翅城，直至海边。宋代广州三城的扩建，主要目的在于让日益增加的商民百姓能住在城区，保护商业区和海外客商。唐宋时期广州经济繁荣，许多当时的官吏在广州任职时，积极鼓励市民烧砖制瓦，开始用砖筑砌城墙和修建房屋，这是广州砖城之始。此时城区内出现了大批造型各异、富有岭南特色的砖瓦建筑，反映了当时广州城市建设的进步。
明清两代，广州城区多次扩建，范围不断扩大。明初，将宋代三城合而为一，并向东面和北面扩展，城墙跨到越秀山上。城周20里。成垣范围，东到今越秀路，西到人民路，南到大南路，北到越秀山。后又在城南加筑外城，周6里，成为子城或新城，并将明初所建广州城称为老城或旧城。明代广州城市大规模扩大，人口增加，经济、文化活动空前活跃，有必要也有了一定的经济势力进行城市建设，主要疏浚了六脉渠，建设了初期的城市水系网络和更新街道，广州城里首次出现了石砌街道。清代广州城垣进一步扩建，清顺治四年（公元1674年）对广州原城垣进行加筑，直至城南江边，增建东西翼城。东西城各长20丈，俗称鸡翼城。到此，广州古城的城廓已基本形成。
广州古城的下水道，自宋至清建有6条排水渠，称“六脉渠”。左第一脉正渠自总督部塘（今越华路）向南流经华宁里、南朝街、仙湖街，穿城出南胜里入玉带河。左第二脉正渠，由旧城隍庙后南北分流，南流经贤思街穿城出玉带河；北流经谊贤街与横流的渠汇合。横流的渠源出三元宫，东流经天官里出铜关，流入东濠。左第三脉正渠自东华里南流至贡院（今广东省博物馆）,折入东濠。右第一脉正渠，自巡抚院（今人民公园）西侧南流经桂花街，由孚通街出南胜里，入玉带河。右第二脉正渠，自将军署前元妙观左边分南北流，南流经擢甲里，又大水关入玉带河；北流经观塘街和西流的横渠相接，由北水关出城入西濠。右第三脉正渠，自光孝寺前南流经诗书街，折向西出水关，入西濠。
广州是河网地区，市区内河、湖、濠、渠众多。从南汉开始广州就已建有桥渠；历代建木桥、石桥数百座。如著名的流花桥，建于芳春园内，因宫女梳妆时，掷残花于此，浮流而去而得名。宋代建有状元桥、狮子桥、花桥，明清建有云桂桥、汇津桥等，这些选材不同，造型各异，大大小小的桥梁，既将广州串接成一个整体，方便交通，又为广州添置了众多的景观。广州有私家园林是从清朝开始的，比较著名的有海山仙馆、万松园、陈家祠和余荫山房等。这些私家园林内，花木、水池、假山、小桥、流水，幽雅别致，建筑独特。许多私家园林虽经改朝换代，饱经风雨，但仍保存完好延续至今，成为珍贵的历史文物。

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