Le Mura di Grosseto furono edificate a partire dal XII secolo, più volte distrutte e ricostruite, devono il loro aspetto attuale agli interventi effettuati tra il 1574 e il 1593 da Baldassarre Lenci su incarico di Francesco I de' Medici.
La cinta muraria presenta un perimetro esagonale, con angoli difesi da bastioni poligonali a forma di freccia, con posti di guardia (garitte o "casini") alla punta, mentre la vecchia cittadella del "Cassero Senese" era protetta inoltre da un secondo bastione della medesima forma, rivolto verso l'interno.
Sino al 1757 le mura furono circondate da un fossato esterno e da un argine di terra battuta. Con Leopoldo II, furono demolite nel 1855 torricelle e "casini", ingentilendo l'aspetto della fortezza, che venne trasformata in passeggiata pubblica. Un bombardamento distrusse l'ultimo "casino" rimasto, detto "delle palle", all'interno del quale si conservavano alcuni affreschi. Recenti interventi di restauro hanno riportato l'intera cerchia muraria agli antichi splendori. ^[18]
Si conservano tuttora gallerie di servizio, magazzini e ridotti. Ambienti e percorsi sono pavimentati con mattoni a spina di pesce. Il centro storico di Grosseto è completamente racchiuso entro una cinta muraria fortificata che, a livello urbanistico, lo isola quasi completamente rispetto al resto della città, fatta eccezione per l'area di Porta Nuova dove nel corso dell'Ottocento fu demolita la porta cittadina, riempito il terrapieno del fossato e abbattuto un piccolo tratto di cortina muraria.   L'attuale centro storico è il risultato della ricostruzione cinquecentesca delle mura, durante la quale assunsero un perimetro maggiore che allargò la superficie del centro storico cittadino rispetto al tessuto urbano medievale; tuttavia, la realizzazione delle Mura medicee comportò l'abbattimento di molti edifici di epoca medievale, tra cui anche alcuni complessi religiosi, che sorgevano al di fuori del preesistente centro cittadino lungo il perimetro dove poi è sorta l'attuale cinta muraria bastionata di forma esagonale. Nonostante l'ampliamento di epoca rinascimentale, il centro storico di Grosseto risulta ancora oggi di dimensioni piuttosto raccolte e contenute che consentono di poterlo visitare facilmente, grazie anche alla pedonalizzazione totale di molte strade.

In passato, il centro storico di Grosseto fu suddiviso in tre terzieri, il Terzo di San Pietro nella parte settentrionale, il Terzo di Città nella parte centrale e il Terzo di San Giorgio nella parte meridionale: tali suddivisioni sono andate via via scomparendo nel corso del tempo.

Il territorio comunale di Grosseto rientra in ben 4 distinte aree protette.
In particolare, va segnalato che la parte nord-occidentale del territorio comunale è compresa nella Riserva naturale Diaccia Botrona (area umida di grande pregio naturalistico), la parte sud-occidentale rientra nel Parco naturale della Maremma (tra la foce dell'Ombrone, la linea di costa e i Monti dell'Uccellina), le Formiche di Grosseto che sono incluse sia nel Parco nazionale Arcipelago Toscano che nel Santuario dei Cetacei, area marina protetta a livello internazionale che comprende anche l'intero tratto litoraneo del comune di Grosseto, oltre alle acque antistanti.