В 1535 году матерью Ивана IV Еленой Глинской был издан указ о сооружении каменной Китайгородской стены. Первоначально на её месте находились ров с земляным валом и бревенчатые укрепления для защиты от иноземных набегов. Будущую крепость освятил московский митрополит Даниил, по линии планируемых стен шёл крестный ход, а вслед за ним строители укладывали первые камни.

Возведением руководил Петрок Малый, заложивший четыре башни с воротами: Сретенские, Троицкие, Всехсвятские и Косьмодемьянские. Стена была построена за три года. Она охватывала площадь в 63 гектара, протянувшись от Кремлёвской Беклемишевской башни вдоль Москвы-реки, поднималась к Новой площади, на Лубянке изгибалась влево и доходила до Арсенальной башни. По сравнению с кремлёвскими укреплениями стены Китай-города были ниже, но толще, с площадками для орудий. Её длина составляла 2567 метров, ширина — 4 метра, высота — свыше 6 метров.

Башни Китай-города выходили за линию укрепления, что позволяло вести обстрел вдоль стен. Башни имели три ряда бойниц, орудия были расставлены в несколько ярусов, в подвальном находились амбразуры, из которых вели огонь вдоль рвов. На верхней части стены были устроены площадки для пушек, защищённые мерлонами — прямоугольными зубцами, ширина которых достигала двух саженей. Они также были оборудованы подвалами для хранения боеприпасов, подземными ходами и «слухами» — сооружениями с обшитыми листовой медью стенами, служившими для оповещения о приближении подкопа. Отделялись этажи башен деревянными полами или мостами, реже — купольными или коробовыми сводами. По образцу Китайгородской стены были выстроены укрепления Серпуховского кремля, Троице-Сергиевой лавры и Белого города.

Китайгородская стена (участок Площадь Революции, Театральный проезд) внесена в Красную книгу «Архнадзора» (электронный каталог объектов недвижимого культурного наследия Москвы, находящихся под угрозой), номинация — ветхость.

В 1666 году начался ремонт столичных укреплений. Через год были закончены осмотр и опись стен, в 1680-е — их обновление, в результате которого некоторые башни Китай-города получили шатровое завершение. При правлении Алексея Михайловича были построены Воскресенские ворота Китайгородской стены.

В ходе Северной войны Пётр I приказал восстановить и укрепить стену, опасаясь войск Карла XII. Воздвигнутые инженером Василием Корчминым в 1708—1709 годах земляные бастионы перекрыли Неглинку, закрыв городские стоки.

В XVIII веке стены Китай-города утратили военное значение. В 1782 году начались ремонтные работы под руководством итальянца Франческо Рузка. К концу лета был отремонтирован участок до Варварских ворот, однако на дальнейшие работы средств не хватило. В 1796—1800 годах вдоль укреплений у Москвы-реки была создана набережная, для которой подсыпали берег, после чего стена оказалась наполовину в земле. Постепенно она ветшала, прилегавшая к ней территория шла за бесценок, по рублю за квадратную сажень. К башням пристраивали конюшни, сараи, лабазы и лавки. В 1807 году рухнул участок стены в 23 сажени.

В 1806 году вышел указ «О исправлении и украшении Кремлёвских зданий», разрешавший застройку стены лавками и её ремонт за счёт владельцев в том месте, где лавки примыкали к ней. В 1813-м часть южной стены сломали для починки укреплений Кремля. В том же году архитектор Вильям Гесте предложил снести часть стены, но генерал-губернатор Москвы Фёдор Ростопчин настоял на сохранении Китай-города.

В 1819—1823 годах срыли бастионы, а Ильинские ворота открыли для проезда. Так как Никольские раскрыть было невозможно из-за пристроенной к ним Владимирской церкви, у них создали вторые проломные ворота. Ещё одни — Ново-Никольские — появились у глухой башни, а Москворецкие снесли.

В 1870 году стена была сломана на протяжении шести саженей для устройства Третьяковского проезда. Через два года купечество предложило снести стену, но этому воспротивилось Московское археологическое общество, создавшее в конце XIX столетия специальную комиссию по охране стен Китай-города.

В 1925 году Моссовет поручил организовать полную реставрацию Китай-города. В 1925—1926 годах ей руководил архитектор Николай Виноградов, два года после — Н. А. Всеволожский под научным наблюдением Дмитрия Сухова. Работы продолжались до 1932 года, в результате расчистили стену от пристроек, починили зубцы и шатры, спроектировали кровлю.

В 1925—1926 годах, одновременно с начавшейся реставрацией, в Моссовете обсуждали возможность сноса части стены и создание новых проездов. Необходимость демонтажа обосновывали потребностями расширить улицы, а реставраторов упрекали в напрасной трате. В 1932-м снова предложили сломать стену в Театральном проезде. Немногочисленные защитники московской старины пытались её спасти, в частности Дмитрий Сухов предложил открыть в ней часть арок для проезда транспорта. В том же году состоялось заседание архитекторов, на котором было сказано, что Президиум ВЦИК СССР уже принял решение о сносе. В конце 1933 года стену включили в список построек, подлежавших разборке на стройматериалы для нужд Метростроя.

Демонтаж начался от Третьяковского проезда, продолжался насколько месяцев и был окончен к концу 1934 года. Обломки измельчали в щебень, который использовался для цементирования тоннелей первой очереди московского метро. При сносе были найдены подземные ходы и камеры, клады, монеты и одежда XVII века.

В мае 1935 года состоялось открытие станции метро «Дзержинская», наземный вестибюль которой был сооружён на месте уничтоженного участка стены на Лубянской площади.

От древних укреплений уцелели несколько фрагментов: на площади Революции, часть белокаменного фундамента Варварской башни в подземном переходе станции метро «Китай-город», в Китайгородском проезде. Стена вдоль Китайгородского проезда была отреставрирована в 1968—1973 годах.

В начале 1970-х годов реставраторы «Моспроекта-2» подготовили проект воссоздания стены с башней на Театральной площади. Однако проект реализовали только в 1995—2000 годах, когда под давлением общественности городские власти инициировали строительство некоторых снесённых элементов. Планы поэтапной реконструкции в течение 1990-х годов разрабатывались в Комитете по архитектуре и градостроительству Москвы. Предполагалось, что стену восстановят за счёт инвесторов. В 1995-м были воссозданы ведущие на Красную площадь Воскресенские ворота. Через два года отстроили участок вдоль Театральной площади с Круглой башней, в которой до революции находился Музей птицеводства. Ещё один фрагмент, примыкающий к арке Третьяковского проезда, реконструировали осенью 2000 года.

В 2017 году в ходе программы «Моя улица» археологи обнаружили в основании Китайгородской крепости пять помещений со сводчатыми стенами. Предположительно, комнаты построили в XVI веке при Елене Глинской. Были также найдены бойница и посуда: фрагменты горшков, мисок, кружек, стеклянный стакан. Находки поместили в подземный музей «Зарядье» — новый парк проходит вдоль бывших китайгородских стен в районе Варварки.