L’antica cinta muraria di Amelia si estendeva su una superficie di circa 20 ettari. Le sezioni conservate di queste mura, integrate con restauri e rinforzi in epoca tardoantica e medievale, furono originariamente costruite utilizzando due diverse tecniche di costruzione: opus poligonale in calcare e opus quadratum in travertino clastico.
Le mura seguono un percorso irregolare che si adatta alla conformazione del terreno, e si adattano alle diverse esposizioni del territorio circostante. Sul versante settentrionale e meridionale, particolarmente esposti, le mura erano massicce, mentre sul lato settentrionale seguivano le scogliere ripide che si affacciavano sul Rio Grande. Nel settore nord, nord-est e nord-ovest, le mura si inerpicavano fino agli strapiombi e includevano le vette più alte della collina, come l’attuale posizione dell’ospedale a nord e l’altura dell’arce a sud-est, dove sorge ora il Duomo.
Gli studiosi hanno diverse opinioni sulla datazione delle mura, collocando la loro costruzione tra la fine del IV e il III secolo a.C. Comunque, l’erezione o il rafforzamento delle mura si adattano bene al periodo in cui le città dell’Italia centrale entrarono gradualmente nell’orbita politica di Roma. Una parte considerevole delle mura di Amelia, probabilmente quella costruita in opus poligonale che circondava la parte meridionale, potrebbe essere stata eretta dopo la metà del III secolo a.C., contemporaneamente alla pianificazione iniziale dell’urbanistica secondo gli schemi tipici della romanizzazione. In questo periodo, la città umbra assunse caratteristiche tipiche delle colonie romane, con un perimetro ben definito che racchiudeva l’area urbana, spazi pubblici e privati differenziati e un impianto regolare con isolati geometrici separati da strade principali e secondarie che si incrociavano ortogonalmente.
Le parti meno conservate si trovano lungo i versanti settentrionali, più ripidi e inaccessibili. Indagini recenti hanno identificato tratti di mura in opus quadratum in travertino sul versante nord-orientale, che sembrano essere incorporati alla base delle fortificazioni medievali. Frammenti delle mura in calcare sono presenti nelle cantine dei palazzi, nei muri di recinzione dei giardini e alle basi degli edifici. Sul versante nord-ovest, il tratto noto come via della Valle mostra una precisione di esecuzione minore.
Sul lato orientale, si apriva un’antica porta chiamata Porta Leone IV. Il tratto più significativo della cinta muraria, realizzata in opus poligonale di calcare di terza fase, si snoda lungo i versanti sud, sud-est e sud-ovest dell’area urbana. Queste mura, forse costruite contemporaneamente all’apertura della Via Amerina, fornivano un’importante quinta scenica per i commercianti e i viaggiatori che giungevano in città da Roma durante il periodo di romanizzazione iniziale. Sul versante sud-ovest, un segmento di mura di diversa tecnica edilizia è attribuito a un restauro dell’epoca di Papa Leone IV (847-855) ed è realizzato con blocchi di corniola di dimensioni più ridotte. L’attribuzione a questo papa è basata su una fonte contenuta nel Liber Pontificalis (CV, 82). In questo stesso settore, un tratto delle antiche fortificazioni in opus incertum, probabilmente risalente a un restauro tra la fine del II e la prima metà del I secolo a.C., è incorporato nelle mura medievali. Lungo le mura erano presenti diverse aperture antiche accanto alle porte più recenti: la Porta della Valle sul versante nord-ovest, la Porta Posterola sul lato nord-est, la Porta Leone IV e un’altra apertura scoperta durante un bombardamento durante la Seconda Guerra Mondiale (conosciuta come Porta del Sole) sul lato orientale. Di particolare importanza era la Porta Romana, principale porta delle mura, che si apriva verso sud in direzione di Roma e costituiva il cardo maximus dell’urbanistica romana.