Năm 1653, Chúa Nguyễn Nguyễn Phúc Tần mang quân đi bình định phương Nam dành được đất Kauthana, lập nên dinh Thái Khang. Nhận thấy nơi đây liền núi, cạnh sông, gần biển, liền cho thiết lập đồn luỹ để tăng cường phòng thủ. Năm 1690 dinh Thái Khang đổi thành Bình Khang và năm 1742 lại được đổi thành phủ Diên Ninh, rồi Diên Khánh.
Năm 1775, sau khi đánh bại quân Chúa Nguyễn, chiếm thành Diên Khánh, Nghĩa quân Tây Sơn đã lấy đây làm sở lị của dân Bình Khang. Vào năm Quý Sửu (1793), sau khi đánh thắng nhà Tây Sơn, Nguyễn Ánh đã cho xây dựng Diên Khánh thành một căn cứ vững chắc, một công trình vừa mang tính phòng thủ từ xa, vừa là trụ sở mang tính chính trị. Thành Diên Khánh chính thức xuất hiện từ đó. Ngày nay, thành cổ Diên Khánh nằm ở trung tâm huyện Diên Khánh, cách thành phố Nha Trang khoảng 10 km về phía Tây, bên phải Quốc lộ 1A.
Thành cổ Diên Khánh là một quần thể kiến trúc kiểu thành trì quân sự phổ biến ở Châu Âu thế kỷ 12-13. Nó nằm trên một vùng đất cao thuộc địa phận xóm Đông Môn, thị trấn Diên Khánh, xung quanh đắp đất, với tổng diện tích khoảng 36.000m2. Tường thành lục giác, dài 2.693m, 6 cạnh thông đều nhau, đắp bằng đất, cao gần 4m. Mặt ngoài gần như dựng đứng. Xưa, thành có 6 cửa nhưng nay có 2 cửa đã bị lấp bớt, 4 cửa còn lại được xây gạch kiên cố, trên có Vọng Lâu để quan sát. Mỗi cổng thành là một kiến trúc rộng khoảng 17m, cao 4.5m gồm 2 tầng với lối xây dựng hình vòng cung vừa bền, vừa chịu được áp lực từ trọng lượng của Vọng Lâu dồn xuống. Mái Vọng lâu lợp ngói âm dương, 4 đầu đao uốn cong như đầu thuyền. Phía ngoài thành có hào sâu thông ra sông Cái, vì vậy hào luôn luôn đầy nước. Chung quanh hào lại có luỹ tre bao bọc dầy đặc, cho nên thành luỹ tuy bằng đất nhưng lại rất kiên cố. Rễ tre giữ thành rất tốt, còn thân tre tạo thành một hàng rào phòng ngự chống lại đạn pháo từ ngoài bắn vào.
Với lối kiến trúc thành cao hào sâu, trên mặt tường thành và phía ngoài hào cây cối um tùm, thành Diên Khánh đã trở thành một cứ điểm quân sự quan trọng trong hệ thống phòng thủ của tỉnh Khánh Hoà trước kia. Theo các tài liệu lưu trữ và dấu tích còn sót lại thì bên trong thành Diên Khánh có nhiều công trình kiến trúc như: Hoàng cung (xây theo kiểu Điện Thái Hoà ở Huế), sân Chầu, dinh Tuần vũ, Án sát, Lãnh binh, Tham tri, nhà kho, nhà lao... rất kiên cố. Từ khi xây xong cho đến cuối thời Pháp thuộc, thành Diên Khánh là nơi đóng các quân đầu não địa phương của Triều Nguyễn và là một trung tâm kinh tế, văn hoá, chính trị của địa phương. Trong phong trào Cần Vương (1885- 1886), thành là tổng hành dinh của Nghĩa quân Khánh Hoà. Pháp đã nhiều lần nã pháo vào thành. Khi chiếm được, thực dân Pháp cho san bằng 2 mặt Bắc Nam. Thời kháng chiến chống xâm lược Pháp (1945-1954) thành Diên Khánh lại trở thành trụ sở của Bộ Tư lệnh Mặt trận Nha Trang. Dưới sự chỉ huy của Bộ Tư lệnh, quân dân Nha Trang, Diên Khánh đã phối hợp cùng nhau đánh thắng nhiều trận giòn giã trong cuộc chiến đấu 101 ngày đêm lịch sử, từ Cầu Mới Nha Trang đến thành Diên Khánh. Từ năm 1975 đến nay, thành Diên Khánh trở thành trụ sở của các cơ quan lãnh đạo huyện Diên Khánh.
Nói đến thành Diên Khánh, không thể không nhắc tới Văn Miếu Diên Khánh, được dựng lên để thờ Đức Khổng Tử. Văn Miếu xây dựng và trùng tu vào năm 1864 trên một khu đất cao ráo nhất trong vùng, có diện tích rộng gần 1.500m2. Văn Miếu có tấm bia đá khắc tên những người đỗ đạt cao trong các khoa thi. Những ông Cử, ông Tú thời ấy như Nguyễn Khanh, Lê Thiện Kế, Lê Nghị, Lê Viết Tạo... Ngoài việc lấy đạo học làm người quân tử, nhiều người đã đem lòng yêu nước, ủng hộ phong trào Cần Vương chống Pháp hồi đầu thế kỷ 20.
Với lịch sử 200 năm, thành Diên Khánh chứng kiến bao biến động, thăng trầm của xã hội thời phong kiến cũng như cuộc đấu tranh của nhân dân Khánh Hòa trong 2 cuộc kháng chiến trường kỳ chống Pháp và chống Mỹ. Thành Diên Khánh và Văn Miếu Diên Khánh đã trở thành di tích lịch sử cấp Quốc gia, một điểm du lịch hấp dẫn với nhiều du khách trong nước và quốc tế.