城市历史环境指城市中历史上遗存的形体环境。18世纪以来，人们开始对城市历史环境加以系统性的保护，直至今天，人们对城市历史环境的保护范围不断扩大，由单体历史建筑、单体历史建筑的周边地区直至历史地段与城市整体层面。保护方式也由博物馆式冻结式保存方式发展为保护与更新相结合的方式。城市设计是人们对城市形体环境所进行的空间组织，人类城市设计目前已经经历了前城市化、形式主义、功能主义、结构主义与人文主义等五个阶段。城市历史环境保护与城市设计是不可分割的，二者契合成城市历史环境的保护设计，就是以城市设计的方法去实现城市历史环境保护。城市历史环境的保护设计的实质是一种时空观的阐释，是将城市的四维空间压入三维空间之中。这一设计过程必须坚持整体性原则、动态性原则、地域性原则、多样性原则与生态性原则。人类对城市历史环境保护设计方面进行了不懈的探索，产生了一些理论与模式，它们是伊利尔·沙里宁的“有机秩序”理论；柯·林洛的“拼贴城市”模式；凯文·林奇的“城市意象”理论；日本的“新陈代谢城市”理论与“共生城市”理论；诺伯尔·舒尔茨的“场所精神”理论；阿尔多·罗两的“类似型城市”模式与克里斯托弗·亚历山大的“模式语言”理论。 以城市设计的方法实现城市历史环境的保护，作用与城市上，可呈现三个层面。一是微观层面：建筑的设计。建筑设计首先是历史建筑及周边环境的设计。城市中一部分新建筑也属于历史环境的保护设计范畴，它们的设计或与历史环境的视觉保护有关，或与历史环境的抽象保护有关。二是中观层面：历史地段的保护设计。历史地段不同于单体历史建筑，它较为复杂，对它的设计必须采取小规模渐进式的设计方式，而且应较多应用抽象提取的方法。三是宏观层面：城市整体历史环境的保护设计。这里分为两种类型，一种是整体历史风貌型城市，它的设计应着眼于城市平面格局、城市布局、城市轮廓线以及建筑风格等方面；另一种是非整体历史风貌型城市，它的设计应采用网络设计方法，以增强历史环境的整体性。旧城更新是当前我国城市历史环境保护设计的焦点问题所在，它几乎涵盖了以上所有三个层面。我国的旧城更新过程中，城市历史环境的保护设计面临着不少困难，也出现了不少问题，需要相应的对策加以解决。