首先谢谢邀请。
不得不说，此问题本身就是错的。汉魏晋洛阳不仅不是世界上面积最大的古代都城！而且也不是中国历史上面积最大的古代都城！
先上图：
东汉大规模修建洛阳，是在汉明帝永平年间。
关于东汉洛阳城的面积，《后汉书》载：“城东西六里十一步，南北九里一百步。”
《晋元康地道记》：“城内南北九里七十步，东西六里十步。”
《元河南县志》卷二也说：“俗传东西六里，南北九里，亦曰九六城。”
这里，考虑到计量误差和时代变迁，不同时期稍有差别，但洛阳城的整体规模没有太大变化，大体东西在旧制6～7里，南北旧制9～10里。
考古勘测表明，东汉洛阳古城遗址南城墙已被水冲毁，西城墙残长约4200米，北城墙残长约3700米，东城墙残长约3895米，与古文献记载基本吻合。其平面图呈现为东西比南北略短的不规则竖长方形。占地面积约为9平方公里。
到了曹魏和西晋时，虽然皇宫有所变迁，但外城并未改变。
综上所述：
东汉—曹魏—西晋时期的洛阳城，占地面积只有9平方公里。。。别说在世界上，就是在中国，汉长安城36平方公里的占地面积，妥妥的都是汉魏晋洛阳城的4倍。
题外话：
看了其他回答，都是把北魏洛阳城也算在其中，而且还夸大了北魏洛阳城的占地面积。这一做法显然与题目问的“洛阳汉魏晋故城”是风马牛不相及。
其次，北魏洛阳城是北魏孝文帝南迁后，在汉魏晋洛阳城基础上，加盖外郭城而形成的，建成于宣武帝时期（约公元500年）。
以最为人熟知的洛阳珈蓝记的记载：“京师东西20里，南北15里”可见，北魏洛阳城的平面图，是东西长，而南北短的横向不规则长方形。
后来的考古勘探也表明，北魏洛阳城的外郭城东西最大距离近10公里（今制），南北最大距离6公里。由于洛水曾经改道，外郭城南墙可能已经被冲毁，所以按照洛阳珈蓝记所载，南北应当有7公里左右。故而，北魏洛阳城的面积大约为接近70平方公里。城外建有四夷馆等附属建筑，就算是把这些城外附属建筑加进去，北魏洛阳城最多也只有72平方公里左右。
之前看到的回答中，都犯了一个简单的小错误，那就是把四夷馆等城外建筑的南界，笼统的当做了北魏洛阳城的南墙，故而把北魏洛阳城平面当成了四方四棱的正方形，进而拼凑出所谓100平方公里的“数据”，这明显是犯了想当然的错误。
1、四夷馆等城外建筑的东边和西边，没有发现任何北魏建筑遗存。
2、这与《洛阳珈蓝记》的记载不符。
3、与考古勘探结果相违背。
北魏洛阳城做为国都，虽然只在北魏孝文帝南迁后，至北魏灭亡，只有短短的30多年。其本身也在538年东西魏邙山之战中被彻底摧毁。
但可以肯定的是，至少在公元500年至公元582年这80多年间，北魏洛阳城以占地面积70平方公里，是当时中国乃至世界上建造过的最大的古代都城。
直到公元582年，随着隋大兴城建成，以占地面积84平方公里超越了北魏洛阳城。此后，隋大兴唐长安，成为了中国乃至世界上建成的占地面积最大的古代都城，再未被超越。
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