北京是座古城，城垣经过多次变迁，其护城河也随之迁移。
唐时，北京称幽州，自辽代开始立为都城，将幽州城改为南京。辽时只是陪都，是辽代五京制（上京、中京、东京、西京、南京）都城之一。北京正式建都始于金代，金代都城是在辽南京城基础上扩建的。孙承泽著《春明梦余录》卷之三：“旧幽州城在今城西南。唐藩镇城，即辽、金故城也。”辽南京护城河水源来自莲花河水系（莲花河古称洗马沟，今称永定河），莲花池古称西湖，西湖向东南流淌至凉水河。
西南护城河道 健博 摄
金天德三年（1151）新建金中都时，辽南京城北城垣没改动，只是将东、西、南城垣各拓约宽三里。金海陵王为解决护城河与城内供水，依旧采用城西天然湖泊下游的洗马沟作为水源，引入都城，并将洗马沟改称莲花河。清代震钧的《天咫偶闻》卷九记载：“南河泊，俗称莲花池，在广宁门（即广安门）外石路南。……有大池广十亩许，红白莲满之，以可泛舟，长夏游人竞集。”由此，莲花池水系被赞誉为北京水利的摇篮，也就有了“先有莲花池，后有北京城”之说。
金中都建成后，为将华北平原范围征收的漕粮运到城内，当时曾开凿金口河（永定河畔，石景山北侧），把永定河水从会城门附近引入金代的北护城河，再从金中都的北护城河向东开凿一条运河，下游河水直入潮白河。这项永定河引水工程极具远见，成为后人兴建水利的启迪。
1234年，蒙古人攻占金中都，金朝灭亡。元世祖忽必烈在北京重建都城时，抛弃今广安门一代的金代都城。以大宁宫（今北海）为中心，放弃了莲花池水系改为高梁河水系，规划了一座新的都城。元大都护城河水源自玉泉山与瓮山泊（后称昆明湖）水汇至高梁河，再流入大都城。昆明湖至西直门外一段统称长河，长河亦称玉河。《日下旧闻考》卷七十七载：“高梁河在西直门之北，其水发源于玉泉，由昆明湖绣漪桥东流注此，即长河也。”
高梁河水注入皇城内的湖泊，后来，该河水逐渐减少，只能依靠瓮山泊水获得少量补给。至元二十九年（1292），郭守敬上奏忽必烈，提出必须寻找新水源。忽必烈准许后，郭守敬将昌平白浮村附近的神山泉（白浮泉）水导流，先向西、后向东，跨双塔河与榆河，最后入瓮山泊，该工程历时2年完成。在（明）吴仲著《通惠河志·通惠河考略》中载：“元史世祖至元二十九年，郭守敬上言水利拾有一事。其一，欲导昌平县白浮村神山泉，过双塔、榆河，引一亩、玉泉诸水入城，汇于积水潭。复东折而南，入旧河。……河自白浮村，至通州高丽庄，长一百六十四里。”文中并有记载：“帝自上都还，过积水潭，见舳舻蔽水，大悦，赐名‘通惠’。”
明代建北京城，先是将元时期都城北城墙往南移约3.2公里，南城墙南移约0.8公里。明代早期的北京城，北城墙就是德胜门和安定门一线，南城墙即今日前三门地铁一线，紫禁城四周围以护城河。
明嘉靖三十二年（1553）修筑外城墙，原计划修筑四面环绕京城的外城。因为当时朝廷的财力不足，在严嵩的建议下，改为先修筑南面城墙，将正阳门外以南大片繁华区域包入。嘉靖四十三年（1564），外城修筑完成，南护城河在东、西便门处与内城的东、西护城河汇合。由此北京城垣的平面图形变为“凸”字形，护城河亦发生变化。
清代沿用了明时期的城墙与护城河，除对护城河进行清淤和疏通河道外，其余都保持明代的格局。
相较之前，明永乐后至清中期，护城河发生了比较大的变化。此时的护城河分为内护城河、外护城河和南护城河。内护城河是宫城外的筒子河，外护城河是指东护城河、西护城河、北护城河以及前三门护城河。南护城河是明嘉靖年间增筑外城垣时，绕外城挖成，全长5000余米，起自西便门，南流经广安门，东向右安门、永定门，至左安门后北转向广渠门、东便门等，最后汇入通惠河。
因为护城河的变化，北京城水系也发生了大的变化。明清时期的护城河水源离不开长河。长河有北长河、南长河之分，南、北长河是以昆明湖为界，昆明湖上游至玉泉山称北长河，昆明湖下游至高梁桥称南长河。
南长河经万寿寺、紫竹院、北京动物园北侧、西直门北、再入北护城河。南长河另一支流经西直门水关后分为两支水流。东支水源注入城中的积水潭、六海（北海、中海、南海以及什刹海前海、什刹海后海、西海），再进入宫城护城河，即筒子河，河水继续南行至正阳门与前三门护城河相连。另一支则向南流经西便门，再进入南护城河。
北京的护城河如今依旧存在，与明清时期有所不同的是，部分河道改为暗沟：北护城河、南护城河还保留着露天河道；南护城全程仍为明河。另外，护城河沿途原有一些散落水洼，后来进行修整成较大的湖泊，如玉渊潭、陶然亭湖、龙潭湖等。
北护城河起自西直门的三岔口，东流德胜门、安定门至东北城角与东护城河相通，上世纪七十年代改建后，三岔口至德胜门为暗沟。东护城河上游北接北护城河，该河段为暗沟，下游经东便门后入通惠河。西护城河起自西直门外长河，至西便门，上世纪六十年代后全部改为暗沟。前三门护城河起自西便门，经宣武门、正阳门、崇文门至东便门，再入通惠河。1965年，前三门崇文门以西全部改为暗沟，而崇文门以东成为明河。
今日保存最好的是南护城河段，该段起源于西便门西里的西北角，沿外城西侧南行过广安门、右安门、永定门、左安门、广渠门，至广渠门外东便门后入通惠河。南护城河中最宽阔、最壮观的是西便门至右安门一段，今称西南护城河。西南护城河是一条南北走向河段，这段河流沿线建有滨河路。上世纪八十年代前，这段护城河水流较少，岸边两侧是土坡路，土坡上错落着无序的低矮民居，显得有些荒凉。
1985年，西南护城河进行彻底改造，在护城河西岸建起现代开放式带状公园：北京滨河公园。园内在原金中都大安殿遗址建有北京建城纪念柱。柱上榜文：“北京城区，肇始斯地，其时唯周，其名曰蓟。”
如今的滨河公园曲径通幽、葱茏翠绿。西侧高楼林立，东侧碧水清澈，可游金都遗址，可踏青晨练，将北京的过去、现在以及未来交织在一起。
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