Le imponenti mura poligonali, che cingono unitamente a quelle romane e medievali il vasto centro storico, sono il monumento archeologico più rilevante. Esse sono formate da massi perfettamente incastrati tra loro, talora molto grandi, senza l'ausilio di malta. Interessante notare come saggi effettuati nel tratto sud abbiano accertato che la profondità delle stesse è di almeno 3,50 m rispetto all'attuale piano di calpestio (Gruppo Archeologico amerino). L'antica cinta muraria di Amelia conta sei accessi. Accanto ai quattro corrispondenti alle porte utilizzate ancora oggi (Porta Romana, Porta Leone IV, Porta Posterola, Porta della Valle) sono visibili le tracce di due porte di interesse storico e archeologico, in quanto insistenti come taglio sulla muratura originale ma già da secoli tamponate per la probabile modifica dell'assetto viario: la "Porta del Sole", rivolta a est, nella zona di Nocicchia, la quale si trova incastonata tra le mura urbane a una quota rialzata rispetto all'attuale piano di calpestio e dalla quale si diparte una doppia strada basolata, e una seconda porta rivolta a sud-ovest, di notevoli proporzioni e situata presso Ponte Sisti, la quale è coeva alla costruzione delle mura poligonali. Quest'ultima porta, di recente scoperta (1988, dall'architetto Franco Della Rosa), dopo l'effettuazione di scavi archeologici è stata oggetto di interventi di consolidamento e restauro e l'area è stata riaperta al pubblico il 22 gennaio 2016, ripristinando il percorso pedonale che costeggia la cinta muraria fino ai giardini d'inverno e Porta della Valle. Oltre a queste porte, collocate sulla cinta muraria esterna, è presente anche una porta per l'accesso alla parte alta della città, la Porta Cubica, detta anche "Arco di Piazza", di epoca tardoromana.