Theo Trung tâm Bảo tồn Di sản Thăng Long, cột cờ được xây dựng bao gồm ba tầng đế và một thân cột. Các tầng đế hình chóp vuông cụt, nhỏ dần, chồng lên nhau, xung quanh xây ốp gạch. Tại tầng một, mỗi chiều dài 42,5 m, cao 3,1 m và có hai thang gạch dẫn lên.

Tầng hai, mỗi chiều dài 27 m, cao 3,7 m và có 4 cửa. Ngoại trừ cửa hướng Bắc, các cửa khác đều có tên riêng. Cửa hướng Đông tên là Nghênh Húc (đón ánh sáng ban mai), cửa hướng Tây là Hối Quang (nhìn về hoàng hôn) còn cửa hướng Nam là Hướng Ninh (trông theo hướng mặt trời). Việc đặt tên cho mỗi cửa dụng ý để người ở trong lòng cột cờ xác định được phương hướng và tận dụng được ánh sáng tự nhiên trong kiến trúc.

Tầng ba có mỗi chiều dài 12,8 m, cao 5,1 m. Trên tầng này là thân cột cờ, cao 18,2 m, hình trụ tám cạnh, thon dần lên trên, mỗi cạnh đáy chừng 2 m. Toàn bộ cột cờ cao 33,4 m nhưng nếu tính cả cán cờ sẽ là 41,4 m.