明洪武十七年（1384），明太祖朱元璋下令在全国各城市兴建钟楼，以镇天下。西安钟楼初建时原址在今西安西大街广济街迎祥观，与鼓楼东西对峙。当时此地与南北城门正对，是城中心之所在。后扩建西安城，随着城中心的东移，钟楼的位置就与中心偏西，故明神宗万历十年（1582）在陕西巡抚龚懋贤主持下，命咸宁、长安二县县令将其迁建于现址。迁建时“楼惟筑基外，一无改创”。钟楼落成后，龚懋贤写了《钟楼歌》刊石嵌于钟楼内。以后清乾隆五年（1740），楼又经巡抚张楷重修，仍按明初年的原结构修建，唯将原室内悬挂的唐代“景云钟”移出室外，以使报时之声远扬。此外，楼上奉祀文昌帝君。钟楼的命名，也因每天清晨击钟报时，故称之。

钟楼是一座重檐三滴水四角攒尖木结构建筑，面积1377平方米。建筑基座为正方形，高8.6米，宽35.5米，用青砖、白灰砌筑而成，四面正中各有高、宽6米的券形门洞，与四条大街相互惯穿。钟楼从地面至金顶通高36米，基座上面有四面空透的圆柱回廊，楼分两层，重檐三层，屋顶覆以绿琉璃瓦，楼体为木质结构。由砖台阶踏步上到砖基座大平台而进入一层大厅，面阔7间，进深3间，大厅四面有门，周为平台，顶有方格彩画藻井。由第一层大厅内东南角扶梯，可盘旋登上四面有木隔扇门和直通外面回廊的二层大厅。二层梁架结构，采取砌上明造，用通柱，攒尖顶采用抹角梁和井口枋，梁柱节点有宋元做法痕迹。 整个建筑通体彩绘，楼内贴金彩绘，画梁雕栋。四面漆红大门，各层门扉还有64幅精美的木雕故事，有“木兰从军”、“嫦娥奔月”、“西厢听琴”、“伯乐相马”、“柳毅传书”、“八仙过海”等，构图优美，雕工精细，有很高的艺术价值。楼翼角飞翘，下悬铎铃。楼顶端琉璃莲花宝座上置有6米高的圆形鎏金宝顶，更显庄严和富丽堂皇，显示了明代建筑艺术的独特风格。