天守は本丸の北西隅に位置し、形式は大天守と小天守を橋台によって連結した連結式層塔型である。橋台には多門櫓は無く塀を巡らせ、軒先には槍の穂先を並べた剣壁であった。なお、『金城温古録』によると名古屋城（尾張藩）では「大天守」ではなく「御天守」と呼称されていた（以下では一般的な「大天守」としている）。
天守は政治権力の象徴とされ、特に名古屋城の大天守の屋根にある金鯱（金のしゃちほこ）はその究極にあるものといわれている。上記のように本丸には多門櫓が巡っていたが、大天守には小天守との渡り廊下を含めて全て土塀が接している。これは多門櫓からの類焼を防ぐためと見られる。
壁面は大砲による攻撃を考慮して樫の厚板を斜めに鎧状に落とし込んでいる。外面は土壁を厚く盛った上に漆喰を塗り、内面は檜の化粧板が張ってあった。土壁に塗り込められているが射撃用の隠狭間があり、戦闘時は土壁を抜いて使用した。
大工頭を担当した中井家に小天守の描かれた指図が残され、大天守台西面に開口部を塞いだ跡が見られることなどから、大天守の西にもう一つの小天守があった、もしくは、計画されていたとする説がある。また入口も大天守に面した小天守北側でなく、指図には小天守西側に多門櫓による枡形門を介して入る形となっている。
 SRC造天守内部の風景
復元木造と諸問題.
当時、河村市長はリーマンショックの影響から、市の財政的な予算面などの問題から本丸御殿の復元に難色を示し、一旦復元の中止も検討していたが、市民の多くが最後まで本丸御殿の完成を望んでいた為、中止検討を取り止め、本丸御殿と同じ様に天守にも図面資料があり、史実・忠実に木造での復元が可能である事を知った、河村市長は本丸御殿だけではなく、天守の木造復元にも意欲を示していた。