Varios problemas ecológicos severos y la estructura alterada de los espacios urbanos se atribuyen a la rápida urbanización. Por lo tanto, un marco analítico para la estructura espacial urbana y la optimización funcional es muy beneficioso para equilibrar la contradicción entre el desarrollo de áreas urbanas y la protección de sus ecosistemas. En este documento, el marco analítico propuesto incluyó tres partes. Primero, delineamos las zonas de idoneidad ecológica (ZIE) de la ciudad de Pekín aplicando el modelo de resistencia acumulativa mínima (MCR). Posteriormente, considerando diversos factores socioeconómicos y ambientales naturales, se utilizaron el modelo de cadena de Markov y el modelo de simulación de uso futuro del suelo (FLUS) para predecir la estructura espacial urbana de Pekín en 2031. Finalmente, tomando los resultados de las ZIE como una restricción, se diseñaron tres escenarios para optimizar la extensión de la expansión urbana: el escenario de negocio como siempre (BAU), el escenario de seguridad ecológica (ES) y el escenario de prioridad ecológica (EP). Descubrimos que las ZIE contenían tres zonas: una zona de control ecológico (63%), una zona de desarrollo restringido (22%) y una zona de desarrollo concentrado (15%). Después de comparar los tres escenarios, descubrimos que los escenarios ES aseguraban la línea base en términos de la seguridad ecológica de Pekín. Además, bajo el escenario EP, la estructura y función espacial urbana se optimizaron aún más. Nuestro estudio puede proporcionar nuevas ideas y apoyo técnico para la disposición razonable de la estructura espacial urbana.