Hải Vân Quan được xây hình cổng cuốn vòm. Phía trên cửa hướng về phủ Thừa Thiên xưa (nay là tỉnh Thừa Thiên Huế) có tấm biển đá khắc chữ “Hải Vân Quan”, phía trên cửa hướng về tỉnh Quảng Nam (bao gồm cả Đà Nẵng) có tấm biển đá khắc chữ “Thiên hạ đệ nhất hùng quan”. Đây là từ đề tặng của vua Lê Thánh Tông khi dừng chân ngắm cảnh nơi này vào thế kỷ 15. Hai bên tả hữu xếp đá làm tường, trước sau liền nhau. Từ đó, muốn vượt qua ải Hải Vân đều phải qua hai lần cửa xây bằng gạch vồ theo lối vòm cuốn, giống cửa ở kinh thành Huế, nhưng không có vọng lâu, bên trên cửa là sân thượng dùng để quan sát bốn phía, có xây bậc thang lên xuống.
Dưới thời Nguyễn, Hải Vân Quan là một quần thể nhiều hạng mục kiến trúc có chức năng là một cửa ải, cũng là pháo đài, là tuyến phòng ngự quan trọng, là cửa ngõ vào kinh đô Huế từ phía Nam. Bởi tầm quan trọng đó, hình ảnh Hải Vân Quan đã được khắc trên Dụ Đỉnh trong bộ Cửu Đỉnh, đúc năm 1837 thời vua Minh Mạng, là Bảo vật quốc gia của Việt Nam ngày nay.
Hải Vân Quan được khắc trên Cửu Đỉnh, đặt trong Thế Miếu - Đại Nội Huế
Sau khi nhà Nguyễn cáo chung, cùng với sự tàn phá của thời gian và chiến tranh, Hải Vân Quan đã bị xuống cấp nghiêm trọng, bị thay đổi công năng ở nhiều hạng mục, không còn giữ được nguyên bản nét kiến trúc xưa. Trong giai đoạn 1946 - 1975, Hải Vân quan và Thiên hạ đệ nhất hùng quan đã bị xây thêm phía trên để tăng thêm độ cao của các cổng nhằm mở rộng tầm kiểm soát. Một vài đoạn tường lũy, hệ thống bậc cấp, đường đi nội bộ… đã bị triệt giải, hạ thấp độ cao hoặc xây mới lệch khỏi vị trí nguyên gốc. Các ụ súng thần công, Trú sở và Vũ khố đều bị các dãy nhà binh, nhà trại, kho ngầm, ụ súng... được xây dựng trong thời kỳ quân đội Pháp, Mỹ đồn trú thay thế. Cửa ra vào Thiên hạ đệ nhất hùng quan bị xây bít lại bằng gạch hiện đại và bị đất cát... bồi lấp dày gần 2m. Đường Thiên lý từ phía Nam dẫn lên Hải Vân quan và từ Thiên hạ đệ nhất hùng quan đi Huế cũng bị san ủi, bồi lấp. Bên cạnh đó, xung quanh Hải Vân quan, các đơn vị quân đội Pháp, Mỹ đã xây thêm 5 lô cốt tại các vị trí xung yếu để bảo vệ cứ điểm này.
Sau năm 1975, một số công trình như trạm Viba, đường điện cao thế, đài kỷ niệm Chiến thắng Đồn Nhất... được xây dựng trong khu vực di tích cùng với những công trình do quân đội Pháp, Mỹ xây dựng trước đây đã làm thay đổi hoàn toàn bố cục mặt bằng nguyên gốc của di tích Hải Vân quan. Tuy nhiên, trong dặm dài lịch sử, Hải Vân Quan luôn mang trong mình giá trị chứng nhân lịch sử khi là nơi chứng kiến bao nhiêu chiến tích oai hùng trong công cuộc dựng nước và giữ nước của dân tộc trong suốt nhiều thế kỷ qua và những chiến công ở nơi đây trong hai cuộc kháng chiến chống Pháp và chống Mỹ (1946 - 1975).