La Muralla Leonina, que define la Ciudad Leonina, fue construida por el Papa León IV tras el saqueo por parte de los invasores musulmanes de la Antigua Basílica de San Pedro en 846. Construido entre los años 848 y 852 como la única extensión de las murallas de Roma, este muro de tres kilómetros rodeó completamente la Colina del Vaticano por primera vez en su historia. León III había hecho un comienzo fallido, pero los disturbios en la ciudad habían suspendido el trabajo, y los romanos desmantelaron las secciones que se habían comenzado y las utilizaron en construcciones privadas. El Papa León IV utilizó a sus trabajadores de la finca, habitantes del campo circundante, sarracenos capturados después de la batalla naval de Ostia en 849 y fondos de una donación imperial franca, para construir el muro, que corría en forma de U desde la orilla del río en el Mausoleo de Adriano, que pronto se conocería como el Castillo de Sant’Angelo, por las laderas de la Colina Vaticana que rodeaba la basílica y descendía de nuevo al río. El muro fue construido de toba y azulejos, de cuarenta pies de altura, con 44 torres fuertes a intervalos de tiro de proa. La enorme torre de esquina redonda que aún corona la colina del Vaticano tiene sus orígenes en esta campaña de construcción.
Tres puertas nuevas daban acceso al recién cerrado Borgo. Dos estaban en el tramo de muro que conducía de vuelta desde el Castillo de Sant’Angelo: una pequeña puerta posterior detrás del Mausoleo fortificado, llamada Posterula S. Angeli y más tarde, desde su proximidad al Castillo, la Porta Castelli, y una más grande, la puerta principal por la que pasaban los emperadores, cerca de la iglesia de San Peregrino, llamada Porta Peregrini, más tarde Porta S. Petri. Una tercera puerta abría la ciudad Leonina al rione de Trastevere. Un festival celebró la finalización oficial del muro, el 27 de junio de 852.
Además, se construyeron torres de cadena a lo largo del río Tíber para repeler los asaltos sarracenos por agua.
En 1083, después de negarse a coronar a Enrique IV como el próximo Emperador del Sacro Imperio Romano Germánico, el Papa Gregorio VII se encontró sitiado dentro de la Ciudad Leonina. Después de que Enrique tomara la ciudad, Gregorio huyó a Castel Sant’Angelo. Gregorio atribuyó la pérdida de la ciudad Leonina a la hambruna y la negligencia y no tanto al «coraje de los hombres de Enrique».
Más tarde, se realizó una circunvalación más extensa bajo el Papa Pío IV (reinó entre 1559 y 1565), cuando el muro de León se rompió en algunos lugares. Tres puertas más se habían abierto en las paredes.
En 1870, cuando las fuerzas militares del Reino de Italia capturaron Roma, derrocando lo que quedaba de los Estados Pontificios, el gobierno italiano intentó permitir al Papa mantener la Ciudad Leonina como un pequeño Estado Papal remanente. Sin embargo, el Papa Pío IX no estuvo de acuerdo con ese acuerdo, y por lo tanto hubo un enfrentamiento de 59 años, cuando los Papas eran «prisioneros en el Vaticano», establecido en 1929 por el Tratado de Letrán, que reconocía la soberanía e independencia de la Ciudad del Vaticano.