黑城城址分为内、外两城，内城为长方形，东西长750米，南北宽500米，现存城墙高近10米。城墙四面各有一座城门，门外均设有瓮城，当地人称之为黑城。外城沿内城北墙向东西延伸，东西长1800米，南北宽800米，大部分城墙轮廓尚清晰可见，当地人称为外罗城。城内有丰富的汉代遗物。城南部成排的石柱，是房舍建筑遗迹。外城南中部有王莽时期制造钱币的作坊和窑址，面积大约6000平方米，这里曾挖掘出有纪年文字和“钟官”字样的“大泉五十”和“小泉直一”的陶范母。内城西北部有一夯筑的小城，当地人称为花城。花城南墙与内城相诵，城内出十右战同时期的个物。
关于黑城古城，当地流传着许多传说。相传，黑城原来由一位黑将军驻守，敌军来进攻时，首先切断了黑城的水源，把自额济纳河流经黑城的支流堵塞了。黑将军率众兵守城，双方经过长期战争，守军寡不敌众，加上储存的水已耗尽，黑将军下令把城中的金银珠宝秘藏在一口枯井中，然后率众部作殊死一战，终于壮烈牺牲。黑城失陷后，敌军到处寻找枯井，但是没有找到，于是将城内的百姓全部杀绝，并且摧毁了城内所有建筑，从此黑城便成为一座荒凉的废墟。
近代外国人的“探险队”曾多次来到黑城探宝，最主要的是俄国科兹洛夫的探险队和英国的斯坦因率领的探险队。他们到处乱挖，始终没有找到那口枯井，却挖出了大量西夏和元代文书以及其它文物。科兹洛夫在一座藏式佛塔里发现了刻本、抄本书籍2000余种，并且发现300张佛画和大量木制的、青铜镀金的小佛像。另外还在一座公主墓中发现了画在丝绸、麻布和纸上的佛教绘画。挖掘出的书籍中有著名的西夏汉文字典《番汉合时掌中珠》，后来人们据此字典解读了西夏文。有关黑城的考古资料和研究报告发表后，黑城便闻名于世。
黑城附近还分布着许多与它同时代的文化遗物。有的是成片的村落遗址，有的是独立的农舍，有的是一组佛教建筑。黑城附近的古河床上，还可以看到一条条灌溉支渠，穿插在农舍之间，当年屯垦的遗迹尚可辨认出来。文物考古工作者曾从沙窝中发掘清理出一批彩塑佛像，它们色彩斑斓，姿态优美，是元代艺术珍品。