张家湾城建成时间是嘉靖三十一年（1552年），落成后周长约3公里，城墙高6米，厚3米有余，虽比不上通州城规模宏大，也算得上是一座比较坚固的城池了（此城后在1860年阻击英法联军时发挥了作用）。为保卫城池，明朝委派守备一员、驻防营兵500人。
明代在此设多个衙门
张家湾城南临萧太后河，其南门外的通道就是河上的一座木桥，但城建成后交通压力很大，木桥时坏时修。直到万历三十三年（1605年）才在一位叫张烨的官员资助和倡议下改建石桥，桥体全部用长条花岗岩砌成，这就是今天还基本保存完好的通运桥。通运桥因建在萧太后河上，也叫萧太后桥，至今仍可使用，并与张家湾古城遗址一起，被批准为市级文物保护单位。
明朝在张家湾设有大通关、巡检司、宣课司、提举司等。据明史记载，从永乐年间开始，朝廷因为漕运商业需要，在张家湾建许多塌房，所谓塌房就是官家出租给客商的货栈。朝廷还在此设有宝源与吉庆二榷税、皇店、通判都司以及盐仓批验所等官署，在它周边储存和加工物资的地方很多，如皇木厂、木瓜厂、料砖厂、花板石厂、铁锚厂、盐场等等，这些地方后来渐成聚落，今皇木厂、瓜厂、砖厂、盐滩等村都因此得名。
城内还有山西会馆，位于十里街东侧，明代是关帝庙，清乾隆间重修后改为山西会馆，后来在此开办学校，就是现张家湾中学的前身。学校规模扩大后，还占据了城里另外一座寺庙。
张家湾南门外关厢不仅是商品市集，在过去还有人市，评剧和二人转里著名的《冯奎卖妻》就发生在这儿。《冯奎卖妻》讲述了明末大旱灾，保定府的冯奎一家难以度日，决定把妻子李金莲卖出去，后来被买主夏老三搭救，一家终于团圆的故事。《冯奎卖妻》的唱词里有：“夏老三下了官船往前走，眼前来到张家湾。张家湾设个卖人市，有卖女来有卖男。”
