Le site est partagé entre la ville haute et la ville basse qui s'articulent autour de la profonde vallée creusée par l'Alzette et la Pétrusse. Un chemin de la Corniche longe le rebord de l'escarpement, surplombant la rivière méandreuse qui commande le tracé des rues avoisinantes. Des ponts et viaducs, qui franchissent la vallée, relient les différentes parties de la ville. La réseau des rues, influencé par les aménagements militaires, est bien préservé. Depuis la vallée ou les hauteurs de la ville, les points de vue sont nombreux.

Dans cet ensemble urbain homogène, l'architecture militaire qui a subsisté évoque encore aujourd'hui la force du site à travers l'histoire : bastions, tours, portes, casernes, fortins, vestiges d'écluses. Étroitement lié au cadre naturel, le riche panorama architectural de Luxembourg, toutefois, est dominé par l'église Saint-Michel (XVIIe s.) et par les flèches de la cathédrale de style flamboyant (XVIIe s.). Sur la Corniche comme dans la vallée, la disposition des maisons suit la courbe de la rivière.