Впечатляли и оборонительные сооружения Киева, не имевшего себе равных в фортификационном отношении среди всех городов Руси. С восточной стороны столица имела естественную преграду в виде Днепра и высоких береговых круч, поэтому особое внимание при строительстве оборонительных сооружений уделялось трем другим направлениям, откуда мог подойти неприятель. Самая древняя часть — «город Владимира» — занимала площадь около 10 гектаров и была защищена земляными валами с воротами в сторону Подола, Печерска и собора Святой Софии. Значительно более мощными были стены «города Ярослава», представлявшие собой земляные валы, шириной у основания 30 и высотой 11 метров. Поверх земляных валов, защищавших площадь в 70 гектаров, шли дубовые городни, благодаря которым общая высота стен достигала 16 метров. По всем правилам средневекового военного искусства перед стенами был выкопан глубокий ров.
Проникнуть в город можно было через Лядские, Жидовские и Золотые ворота. Лядские и Жидовские ворота до наших дней не сохранились, а потому судить о размерах всех трех сооружений можно только по Золотым воротам, представлявшим собой встроенную в земляной вал мощную каменную башню высотой 13 метров. Помимо оборонительного значения, эти ворота, названные так в честь Золотых ворот Константинополя, являлись еще и парадным въездом в город. Поскольку обращены они были в наиболее опасную западную сторону, то строились Золотые ворота особенно тщательно, и не случайно летописи не отмечают ни одного случая, когда город был бы захвачен неприятелем со стороны этих ворот.
Одними земляными валами «города Владимира» и «города Ярослава» оборона Киева далеко не исчерпывалась. Помимо того, что все многочисленные каменные здания могли быть обращены в крепости, внутри городских стен было еще несколько отдельных оборонительных сооружений. Мощный каменный забор, оборонявший территорию размером в 3,5 гектара, был воздвигнут при одном из первых киевских митрополитов Феопемте вокруг его резиденции и собора Святой Софии. Земляные валы с идущей поверх них деревянной стеной окружали и соборы, построенные на Михайловской горе. Собственные каменные стены шириной 2,2 метра имел Киево-Печерский монастырь, который, по словам Нестора Летописца, был «поставлен не от богатства, а слезами, пощением, молитвою, бдением, и превзошел славою монастыри, построенные князьями и боярами с богатством серебра и золота». Подол же защищали оборонительные сооружения, называемые летописью «столпием».
