城市是一个多功能、多层次的复合系统，它的形成与发展是一个时空过程。而它的物质形态具有多样性，其印象的获得又是人们主观感受的结果。本文以历史悠久的草原文化名城—呼和浩特市为研究区，利用1912年、1935年、1948年、1951年、1973年、1987年、1999年、2010年的地图资料与1987年、2000年、2009年的TM影像为基础数据，结合丰富的历史文献资料，选用城市空间扩展测度指标、空间形态测度指标、空间重心测算指标和GIS空间分析法、等扇区分析法，对研究区近百年的城市形态演变进行定量分析，结果显示：（1）从1912到2009年的近百年内，呼和浩特市外部空间形态经历了四次明显的演变过程：1912-1948年呼和浩特市区从西南到西北方向低速缓慢发展，城市形状由“正方形”趋向星形；1949-1987年间，随着城市化进程的发展，市区由东北至西南方向中速发展，城市形状从星形到圆形演化；1988-2000年期间，市区空间向东北方向快速发展，城市形状在圆形和矩形之间浮动；直到2001-2009年城市空间向东南方向高速发展，城市形状趋于矩形。从1912-2009年间呼和浩特市建成区的紧凑度总体较低，经过“下降-提升-再下降”过程。（2）从1973-2007年的公共设施用地（教育用地和医疗卫生用地）扩展引起了呼和浩特市内部形态的演变。经过分析两个主要功能用地分布情况和圈层法分析发现，在3个时间段内教育用地和医疗卫生用地主要从西南-东北-东南方向扩展。不同时期各圈层的教育用地和医疗卫生用地的扩展情况为：1974-1987年的教育用地和医疗卫生用地各圈层的扩展最低，1988-1999年的教育用地和医疗卫生用地各圈层的扩展较明显，2000-2007年的教育用地和医疗卫生用地各圈层的扩展最明显。（3）从解放前至21世纪初期，道路用地扩展导致呼和浩特市内部形态的演变，该期间，呼和浩特市道路用地的密度经过先提升后降低的过程；道路网结构从“方格”-“放射”-“放射+环形”-“放射+双环形”型结构演变。运用环线法分析不同时期不同环内的道路用地扩展情况发现，解放前至1973年期间，城市道路空间主要在一环内填充扩展；1974-1999年间，城市道路空间在一至二环内扩展的同时一环内填充；到2010年时，城市空间主要在二环外扩展。（4）从1973年到2009年的3个时期内，同一时期呼和浩特市建成区的扩展方位与城市内部的主要功能用地扩展方位均一致，即西南-东北-东南方位。同一时期呼和浩特市空间重心的迁移方位与内部主要功能用地中项中心的迁移方位均相同，即1974-1987年间，城市空间重心与城市内部主要功能用地中项中心往西南方位迁移；1988-1999年间，城市空间重心与城市内部主要功能用地中项中心从西南往东北方位迁移；2000-2007年间，城市空间重心与城市内部主要功能用地中项中心从东北往东南方位迁移。