钟楼在鼓楼以北约100多米处，原是元代万宁寺的中心阁，始建于至元九年（1272年），后来毁于战火。明永乐十八年（1420年）与鼓楼一起重建，成为钟楼，但不久后就再次被毁。清乾隆十年（1745年）奉旨重建，两年后竣工。这次为了防止火灾，建筑全部采用了砖石结构。
钟楼占地约6000平方米，为重檐歇山顶建筑，通高47.95米。底层基座的四面均有券门，内设75级石阶可上二层的主楼。主楼面阔三间，上有黑琉璃瓦绿剪边覆顶，下有汉白玉须弥座承托，四面分别开一座券门，券门的左右各有一座石雕窗，周围环绕着石护栏。
钟楼的正中立有八角形的钟架，悬挂“大明永乐吉日”铸的大铜钟一口。钟高7.02米，直径3.4米，重63吨，是中国现存体量最大、分量最重的古代铜钟，有“钟王”之称。它的钟声悠远绵长，圆润洪亮，在过去北京城尚无高大建筑的时代，可以传播数十里远。原先钟楼内悬挂的并不是这口钟，而是同样为永乐年间所铸的一口大铁钟，但因为音质不佳，后来才改用铜钟。原铁钟则被置于墙边，目前已被大钟寺古钟博物馆收藏。
