L'étude archéologique de la porte d'Auguste s'appuie sur un faisceau de sources variées : observations de terrain, relevés anciens et récents, plans, coupes et dessins d'archives, croquis d'architectes ou d'érudits, ainsi que sur les données issues des fouilles du XX^e siècle, des observations menées en 2018 et un relevé photogrammétrique effectué en 2023. Elle permet de restituer un ouvrage romain d'envergure, conçu en rupture avec la maçonnerie plus modeste de l'enceinte, et construit selon des procédés techniques élaborés. La porte est formée de quatre baies : deux grandes pour les véhicules et deux plus étroites pour les piétons, encadrées de deux tours en saillie, de plan rectangulaire à extrémité semi-circulaire. Elle présente une façade d'une largeur totale de 39,60 m, entièrement construite en grand appareil de calcaire, ce qui la distingue nettement des autres murs plus récents, d'époque médiévale, appartenant au château comtal ou royal du XIV^e, et bâtis en moellons. Débordant de 5,23 m sur le rempart, les tours, larges de 10 m et longues de 11,50 m, étaient dotées d'une base moulurée dont subsistent encore quelques traces.

La porte disposait de dispositifs de fermeture complexes, suggérant un système défensif efficace. Les quatre passages étaient fermés par des vantaux en bois d'une épaisseur de 15 cm ; des poutres de barrages et des herses étaient également présentes pour les deux baies centrales plus larges. L'excellente conservation du dallage de la rue antique, aujourd'hui situé 1,20 m sous le sol actuel, est vraisemblablement due aux remblais accumulés depuis le Moyen Âge comme l'illustrent les fondations en petit appareil des murs du château du XIV^e qui sont maintenant en élévation par rapport à la porte romaine. Le sol de la rue, dont l'origine antique – un temps remise en question – ne fait pas de doute, présente le même type de dallage soigné que celui découvert lors de la fouille de la ZAC des Halles. Ici, les blocs sont parfaitement ajustés et sont en adéquation avec les blocs de crapaudine de la porte ou avec des chasse-roues disparus côté externe. Les traces d'outils de levage sont antiques et une des dalles situées dans le prolongement de l'axe de la porte en intérieur comporte l'emplacement pour un socle (sans doute de statue). 

Les transformations successives – château comtal, forteresse royale, couvent des Dominicains, bâtiments de la gendarmerie – ont profondément modifié le monument, mais elles ont paradoxalement contribué à en préserver certains éléments, pris dans les maçonneries postérieures. Plusieurs représentations anciennes (Poldo d'Albenas, Rulman, Germer-Durand, Bonafoux, Dauzats) permettent de suivre les modifications du site jusqu'à son dégagement par Auguste Pelet en 1849, puis les études de Duval et Varène en 1964. Les données collectées en 2018, lors de la démolition de bâtiments modernes au nord de la porte, ont permis de compléter la documentation topographique et de mieux restituer les volumes et l'implantation du monument dans le tissu urbain. Ainsi, la porte d'Auguste apparaît comme un jalon fondamental dans la compréhension du système défensif et de l'organisation de la ville antique de Nîmes.