Im 2. Jahrhundert nach Christus erlebte die Stadt Trier unter Kaiser Antoninus Pius einen großzügigen Ausbau zur „Augusta Treverorum“, zur Augustus-Stadt im Land der Treverer. Zeitgleich mit umfangreichen Baumaßnahmen im Stadtinneren entstand in den Jahren ab der Jahrhundertmitte die Stadtmauer mit mindestens fünf Toren.

Für das Tor im Norden, die Porta Nigra, wurde um 160 n. Chr. ein Teil des Nordfriedhofs aufgegeben und überbaut. Die Zeitbestimmung der Errichtung des Tores und des gesamten Mauerrings beruht auf Grabungen in diesem Bereich.
Die lateinischen Benennungen aller Tore stammen erst aus dem Mittelalter. In römischer Zeit wurden Tore nach ihren Straßen benannt und diese nach dem Zielort, zu dem sie führten. Der Name Porta Nigra wird erstmals 1041 erwähnt. Er kommt wohl von der Farbe, die das ursprünglich helle Tor im Laufe der Zeit durch Verwitterung und Umwelteinflüsse angenommen hatte.

In der Größe entspricht die Porta Nigra trotz ihrer gewaltigen Ausmaße der Norm bei römischen Stadttoren. Der gesamte Bau ist 36 Meter breit und bei den Türmen 21,50 Meter tief. Der fast vollständig erhaltene Westturm ist noch knapp 30 Meter hoch. Im Fundament besaß die Porta Nigra eine Stärke von vier Metern. Die eigentliche Mauer war 3,40 Meter dick, der Laufgang lag 6,20 Meter über dem Straßenniveau der Stadt.

Als Baumaterial diente der weiße Sandstein, der in der Nähe von Trier im Kylltal gebrochen wurde. In der Entstehungszeit des Tores errichteten die Römer öffentliche Gebäude gerne aus großen Quadern. Die größten wiegen hier sechs Tonnen. Die Sandsteinquader wurden von mühlengetriebenen Bronzesägen zurechtgeschnitten, was Sägespuren belegen. Sie wurden anschließend so präzise behauen, dass sie ohne Mörtel aufeinander gesetzt werden konnten. Als Halterung verband man jedoch je zwei Steine horizontal durch Eisenklammern, die in Blei ausgegossen wurden. Eine solche Klammer ist noch im Inneren des Tores nahe der östlichen Wendeltreppe sichtbar; Rostspuren vieler ehemaliger Klammern sind außen zu finden.

Architektonisch ist die Porta Nigra eine Doppeltoranlage, die symmetrisch um einen Innenhof errichtet wurde. Dieser Zwinger sollte das Eindringen ungewollter Besucher in die Stadt verhindern: Landseitig konnte die Doppeltoranlage mit Fallgattern verschlossen werden. Stadtseitig waren große Flügeltore geplant, die jedoch nie eingesetzt wurden. Hätte ein möglicher Feind die Fallgatter überwunden, wäre von den Galerien der beiden Stockwerke aus Beschuss von allen Seiten möglich gewesen.

Alle Gebäudeteile waren durch hölzerne Treppen und Gänge verbunden. Durch Türen an den Außenseiten der Türme konnten Soldaten direkt den Umgang auf der Stadtmauer erreichen.
Richtung Stadt waren direkt an das Tor so genannte Laubengänge angeschlossen – überdachte Bürgersteige, die alle wichtigen Straßen der Stadt flankierten, damit die Bürger ihr Ziel erreichten, ohne unmittelbar der Witterung ausgesetzt zu sein.

Die Porta Nigra entstand offenbar zu Friedenszeiten als Repräsentationsbau und wurde aus unbekannten Gründen nie vollendet. Diese Unfertigkeit ist auch an den nicht ausgearbeiteten Säulen und den nicht geglätteten Wandflächen erkennbar. Eine Vermutung ist, dass die Bauarbeiten wegen der Belagerung von 196/97 nach Christus eingestellt wurden.

Große Stadttore wie die Porta Nigra sollten neben ihrer Schutzfunktion auch die Wohlhabenheit der Stadt repräsentieren. Die Größe und Wucht der feldseitigen Architektur dürfte ihre Wirkung nicht verfehlt haben. Zwei halbkreisförmig vorspringende Türme, die ursprünglich je vier Geschosse hoch waren, betonten die Wehrhaftigkeit des Tores. Die dekorative Seite der Stadtfront ähnelt dagegen eher antiken Palastanlagen und stellt damit den repräsentativen Aspekt des Baus in den Vordergrund.

Die Porta Nigra ist das einzige Tor, das den Abbruch der Trierer Stadtbefestigung im Mittelalter überlebte. Schon seit Beginn der fränkischen Zeit meißelten Metallräuber tiefe Löcher in das Mauerwerk, um an das begehrte Metall der Steinklammern zu gelangen. Die Abbrucharbeiten endeten 1030, als die Porta eine interessante Umnutzung erfuhr.

Der Pilgerführer und griechische Mönch Simeon war in diesem Jahr mit Bischof Poppo von Babenberg (1016-1047) von einer Reise ins Heilige Land zurückgekehrt und hatte sich im Ostturm der Porta Nigra eine Eremitenklause einrichten lassen. Dort schloss er sich ein und lebte in extremer Askese „wie ein Verstorbener“, berichtete der mittelalterliche Biograf. Nach Simeons Tod 1035 ereigneten sich zahlreiche Wunder, so dass der Asket bald heilig gesprochen wurde. Kurz darauf ließ der Bischof ihm zu Ehren die Porta zwischen 1036 und 1042 zu einer doppelgeschossigen Stiftskirche, der Simeonkirche, umbauen. Im Erdgeschoss wurde Simeon bestattet, später fand hier auch der Erzbischof selbst seine letzte Ruhe.

Die Verbindung zwischen antiker und christlicher Architektur zu einer Doppelkirche schuf einen einmaligen Baukomplex, wie er in keiner anderen Stadt anzutreffen war. Im ersten Obergeschoss entstand eine Volkskirche, das zweite Obergeschoss war den Stiftsklerikern vorbehalten.
Um 1060 wurden daneben die Stiftsgebäude klosterähnlich im Geviert angelegt – eines der seltenen Beispiele eines zweigeschossigen Quadrums. Der dazu gehörige Kreuzgang – der älteste Deutschlands – lag nicht im Erdgeschoss, sondern in Höhe der Unterkirche und wurde von Arkaden getragen.

Auf dem Westturm des Stadttores stand der Glockenturm der romanischen Kirche. Das Mittelschiff der Oberkirche erhob sich über die Mauerkrone des Zwingers. Der Eingang zu dieser oberen Kirche mit Treppe und Vordach war an ein zum Eingang erweitertes Fenster im dritten Geschoss des Westturms angebaut. Die Bögen der Porta Nigra waren im Erdgeschoß zugeschüttet; man gelangte über eine Freitreppe direkt in das erste Geschoss des Gebäudes. Um 1150 ließ Erzbischof Albero dem zur Stiftskirche umgewandelten Stadttor im Osten eine Apsis anfügen. Die architektonische Anregung für Chor und Zwerggalerie – beides in dieser Form neu für Trier – kam aus dem lothringischen Verdun.

Die Funktion des Stadttores übernahm im Mittelalter das Simeontor, das direkt im Osten an die Porta Nigra anschloss. Dieses vergleichsweise kleine Tor wurde durch den 1389 erbauten Befestigungsturm, den so genannten Ramsdonkturm, geschützt.

In ihren letzten Jahrzehnten als Simeonskirche erfuhr die Porta Nigra zahlreiche kleinere Ausbauten. Von diesen Änderungen aus der Mitte des 18. Jahrhunderts zeugen heute noch die qualitätvollen Rokokoreliefs des Bildhauers Amlinger im Innern des Bauwerks. Der Eingangsbereich zur ehemaligen Unterkirche (Volkskirche) war mit feingliedrigem, ornamentalem Dekor und großen Reliefs ausgestattet. Sie waren weiß oder farbig bemalt und teilweise vergoldet. Heute sind sie nur noch im schwarz verwitterten Stein erhalten.

Im stadtseitigen Bereich der Simeonskirche standen bis zur Freilegung der Porta Nigra (1804) mehrere Kapellen, die dem heiligen Stephan, dem heiligen Andreas und dem heiligen Johannes geweiht waren. Eine weitere Kapelle vermutet man an der Westseite der Treppenrampe und dem Aufgang zur Oberkirche. Zur Landseite hin lag vor der östlichen Umfassungsmauer die Bartholomäuskapelle, in südlicher Richtung an der Simeonstraße eine barocke Kapelle für den heiligen Nikolaus sowie im südlichen Gang der Oberkirche eine Kapelle, die dem heiligen Simeon geweiht war. Von der einst reichen Ausstattung der Simeonskirche ist bis auf einige Epitaphien nichts erhalten.

Im Jahr 1794 wurde die Doppelkirche von französischen Revolutionstruppen geplündert und weitgehend demontiert. Napoleon ließ 1802 Kirche und Stift aufheben und bei seinem Besuch in Trier im Oktober 1804 verfügte er den Rückbau aller nachantiken Umbauten bis auf die kunsthistorisch wertvolle romanische Apsis. Die Porta Nigra sollte nach dem Willen des französischen Kaisers die Größe der gallorömischen Kultur bezeugen.

Im Inneren des Bauwerks sind heute sowohl Spuren der Doppelkirche, als auch römische Steinmetzzeichen und Datumsgraffiti zu sehen.
In dem ehemaligen Stiftsgebäude mit dem malerischen Innenhof und dem zweigeschossigen Kreuzgang befindet sich jetzt das Städtische Museum. Am großflächigen Stadtmodell, das den Zustand Triers um 1800 zeigt, vermittelt eine audiovisuelle Führungsanlage einen sehr guten Überblick über Struktur und Entwicklung der Stadt. Der Schwerpunkt der Sammlung des Museums liegt auf der Stadtgeschichte, deren Verlauf anhand vieler eindrucksvoller Exponate nachvollzogen werden kann.