Η ακρόπολη της Φαρσάλου καταλαμβάνει την κορυφή του βραχώδους υψώματος του Προφήτη Ηλία. Το σχήμα της είναι επίμηκες, με κατεύθυνση ανατολικά - δυτικά και αποτελείται από δύο πεπλατυσμένες εξάρσεις στα άκρα με ένα στενό διάσελο ανάμεσά τους. Έχει μήκος 500 μ. και μέγιστο πλάτος 60 μ. Κατά μήκος της νότιας πλευράς της η πολύ απότομη κατάπτωση των βράχων αποτελεί πρόσθετη φυσική οχύρωση.

Η ακρόπολη, στη σημερινή της μορφή, αποτελεί σχεδόν εξ ολοκλήρου ανακατασκευή των βυζαντινών χρόνων. Το τείχος της περιόδου αυτής ενσωμάτωσε κατά τόπους τα σωζόμενα τμήματα του αρχαίου, ακολουθώντας κατά κανόνα την πορεία του τελευταίου είτε αποκλίνοντας σε ορισμένα σημεία ελαφρά από αυτό. Η ακρόπολη συνεχίζει να χρησιμοποιείται και στη Μεταβυζαντινή Εποχή, όπως διαπιστώνεται από εκτεταμένες επισκευές στο νότιο και δυτικό τείχος, στις οποίες χρησιμοποιούνται μικρές αργές πέτρες χωρίς συνδετικό υλικό (ξερολιθιά).

Η πρόσβαση στην ακρόπολη γινόταν από δύο πύλες, τοποθετημένες στο στενό διάσελο και με αντωπή διάταξη, από τις οποίες η βόρεια εξασφάλιζε την επικοινωνία με την πόλη, ενώ η νότια οδηγούσε απευθείας εζωτερικά από αυτή. Στα βυζαντινά χρόνια το ανατολικό τμήμα της ακρόπολης απομονώθηκε με ένα διατείχισμα, κτισμένο στα ανατολικά των δύο πυλών της. Η πύλη του διατειχίσματος βρισκόταν στο ύψος της βόρειας πύλης της ακρόπολης, από όπου ανέρχεται και σήμερα ο επισκέπτης προς το βραχώδες ανατολικό πλάτωμά της. Εξ ολοκλήρου βυζαντινά είναι και τα σωζόμενα λείψανα της οχύρωσης στο βορειοδυτικό άκρο της ακρόπολης, όπου τμήμα του δυτικού πλατώματος της περιτειχίσθηκε επίσης χωριστά, λειτουργώντας ως μια μικρή "ακρόπολη". Στη Βυζαντινή επίσης εποχή η αποτελεσματική υπεράσπιση των πιο ευάλωτων σημείων του νότιου τείχους της ακρόπολης διασφαλιζόταν επιπλέον με προτειχίσματα.

Στα κατώτερα τμήματα του βυζαντινού τείχους επαναχρησιμοποιούνται οι κυβόλιθοι του αρχαίου. Χρησιμοποιείται από τη βάση του τείχους συνδετικό ασβεστοκονίαμα (κουρασάνι), ενώ τα κενά μεταξύ των κυβόλιθων κλείνονται με μικρούς αργούς λίθους και τμήματα κεραμιδιών. Το ανώτερο τμήμα της τοιχοδομίας είναι κατασκευασμένο με μικρού και μεσαίου μεγέθους αργούς λίθους "κολυμππητούς" στο συνδετικό κονίαμα. Σε μερικά σημεία διακρίνονται στο πάχος του τείχους οι θήκες υποδοχής ξύλινων δοκαριών. Το πλάτος του βυζαντινού τείχους και των προτειχισμάτων κυμαίνεται από 1,70 - 3,40 μ. και το μεγαλύτερο σωζόμενο ύψος του φτάνει περίπου τα 5 μ.

Στο σύστημα τροφοδοσίας και αποταμίευσης νερού της αρχαίας ακρόπολης ανήκει μια δεξαμενή σε σχήμα φιάλης, σκαμμένη στο βράχο και κτισμένη στην περιοχή του στομίου της κατά το εκφορικό σύστημα με ορθογώνιους κυβόλιθους σε δόμους. Στην ακρόπολη βρίσκονται επίσης τρεις ακόμη δεξαμενές των Βυζαντινών χρόνων. Από αυτές η μεγαλύτερη, χτισμένη σε επαφή με το νότιο τείχος του δυτικού τμήματος της ακρόπολης και επιχρισμένη εσωτερικά με υδραυλικό κονίαμα, στεγαζόταν με καμάρα, τα τόξα της οποίας στηρίζονταν σε τέσσερα ζεύγη αντηρίδων.

Ξεκινώντας από την ακρόπολη το δυτικό και ανατολικό τείχος της αρχαίας πόλης ακολουθεί την κλίση τους βραχώδους υψώματος προς την πεδιάδα και είναι ορατό σε αρκετό ύψος. Στην οχύρωση του πρώτου μισού του 5ου αι. π.Χ. ανήκει η πολυγωνική τοιχοδομία. Το ισόδομο τραπεζιόσχημο τέλος σύστημα, που αποτελεί και το κύριο σύστημα δόμησης του αρχαίου τείχους, ανάγεται στην περίοδο της μακεδονικής κυριαρχίας (από τα μέσα του 4ου αι. π.Χ.). Στην περιοχή των βόρειων κλιτυών του λόφου, στις θέσεις Πλάτωμα και Εικονισματάκι, εντοπίστηκαν επίσης δύο αποθέτες ιερών (ο ένας ιερού Δήμητρας) και λείψανα δύο κτιρίων.