Το Φρούριο της Μήθυμνας βρίσκεται στην κορυφή του λόφου του Μολύβου, όπως επίσης ονομάζεται ο σημερινός οικισμός από την υστεροβυζαντινή εποχή κι έπειτα, που βρίσκεται χτισμένος στη βορειοδυτική ακτή της Λέσβου, σε απόσταση 60 περίπου χιλιομέτρων από την πρωτεύουσα Μυτιλήνη.
Η αρχαία πόλη της Μήθυμνας ιδρύθηκε, όπως και οι άλλες πέντε πόλεις-κράτη της Λέσβου, στα τέλη της δεύτερης χιλιετίας, στο βορειοδυτικό άκρο της επικράτειάς της και πιο συγκεκριμένα, στην έκταση μιας χερσονήσου με στρατηγική θέση και σημασία, που εξασφάλιζε τον έλεγχο του περάσματος προς τον Αδραμυττινό κόλπο. Στα νοτιοδυτικά διέθετε τριηρικό λιμένα και ναύσταθμο νοτιότερα. Σύντομα αναπτύχθηκε και επεκτάθηκε στην ευρύτερη περιοχή της χερσονήσου. Απέκτησε δύναμη και υπεροχή, ενώ από νωρίς κυριάρχησε έναντι της νοτιότερης αρχαίας Αρίσβης, την οποία κατέλαβε και ενσωμάτωσε στην επικράτειά της, αποκτώντας έτσι την πολυπόθητη (εξαιτίας του φυσικού πλούτου) πρόσβαση στο κόλπο της Καλλονής. Υπήρξε η δεύτερη σε ισχύ και έκταση πόλη-κράτος της Λέσβου, μετά τη Μυτιλήνη.
Το Φρούριο της Μήθυμνας, το δεύτερο σε μέγεθος και σημασία φρούριο του νησιού, οικοδομήθηκε κατά τη βυζαντινή περίοδο επάνω στα κατάλοιπα της οχύρωσης της αρχαίας ακρόπολης. Το 1128 κατελήφθη από τους Ενετούς, μεταξύ των ετών 1204 και 1287 βρισκόταν υπό την κατοχή του Βαλδουίνου Β΄ της Φλάνδρας, ενώ στα τέλη του 13ου αιώνα περιήλθε στα χέρια των Καταλανών. Το 1373 ανακατασκευάστηκε από τον Φραγκίσκο Α΄ Γατελούζο, ο οποίος είχε αναλάβει νωρίτερα (το 1355) τη διοίκηση του νησιού, ενώ τον 15ο και 17ο αιώνα δέχτηκε δραστικές επεμβάσεις από τους Οθωμανούς, οι οποίοι κατέλαβαν τη Λέσβο το 1462. Όπως και στην περίπτωση του Κάστρου της Μυτιλήνης, στο πέρασμα των χρόνων –πέραν των σημαντικών επισκευών, εξαιτίας των φυσικών φθορών και των πολεμικών καταστροφών– οι προσθήκες που επιδεχόταν το Φρούριο της Μήθυμνας είχαν πάντοτε ως γνώμονα τις διαρκώς μεταβαλλόμενες ανάγκες που υπαγόρευαν οι νέες πολεμικές τακτικές και αμυντικές πρακτικές των εκάστοτε εποχών. Έτσι, εκτός από τους προγενέστερους τετράγωνης κάτοψης μεσαιωνικούς πύργους, το Κάστρο κατά την οθωμανική περίοδο αποκτά κυλινδρικούς πύργους και κανονιοστάσιο. Οι εμφανείς αυτές αλλαγές αποτυπώνονται εύγλωττα και στην τοιχοποιία –η οποία συχνά φέρει εντοιχισμένες επιγραφές και άλλα διακριτικά– όπου το προγενέστερο ψευδοϊσόδομο σύστημα τοιχοποιίας και η χρήση μεγάλων λιθοπλίνθων βασαλτικού πετρώματος δίνει τη θέση του στην πρακτικότερη και οικονομικότερη λύση δόμησης (στην οθωμανική περίοδο), με μικρότερου μεγέθους αργούς λίθους καστανέρυθρου τραχείτη, θραύσματα πλίνθων και εκτεταμένη χρήση κονιάματος, που προσφέρεται για λιγότερο χρονοβόρες επισκευές σε περιπτώσεις εκτάκτου ανάγκης, εν μέσω λ.χ. πολεμικών επιδρομών και πολιορκιών.
Το Φρούριο της Μήθυμνας διαφοροποιείται από αυτό της Μυτιλήνης, καθώς ανήκει στην κατηγορία των Κάστρων ανασχέσεως (άμυνας των υπερασπιστών του και απώθησης του εχθρού) και δεν προοριζόταν για οικιστική χρήση. Στη βόρεια και βορειοδυτική πλευρά του, εξαιτίας του ομαλότερου εδάφους, της ευκολότερης προσβασιμότητας και κατ’ επέκταση του ευπρόσβλητου της θέσης, διαμορφώνεται στην οθωμανική περίοδο τάφρος, ενώ δεύτερη πύλη με προτείχισμα ενισχύει την είσοδό του στη νοτιοδυτική γωνία (εξώκαστρο). Η νότια και νοτιοανατολική πλευρά δεν έχρηζαν περαιτέρω ενίσχυσης, εξαιτίας του απόκρημνου βραχώδους εδάφους, που προσέφερε επαρκή φυσική οχύρωση.
Το Φρούριο του Μολύβου καταλαμβάνει μία τραπεζιόσχημη έκταση με πλευρά περίπου 70 μ. Ο οχυρωματικός του περίβολος προστατεύεται με κανονιοστάσιο και ενισχύεται από δέκα τετράγωνης και κυκλικής κάτοψης πύργους. Η είσοδος επιτυγχάνεται με τη διέλευση από τρεις διαδοχικές πύλες που βρίσκονται στα νοτιοδυτικά. Η πρώτη εξωτερική πύλη τοποθετείται χρονολογικά στην οθωμανική περίοδο, όπως υποδεικνύουν τα αρχιτεκτονικά της στοιχεία (τοιχοποιία, επίστεψη χαρακτηριστικού οθωμανικού οξυκόρυφου τόξου) και η εντοιχισμένη επιγραφή της. Σε μικρή απόσταση από αυτήν συναντά κανείς στα βόρεια μια δεύτερη πύλη, η οποία διαμέσου ενός θολοσκέπαστου διαβατικού οδηγεί σε έναν προστατευμένο με τείχη υπαίθριο χώρο. Στο βορειοανατολικό άκρο του τελευταίου βρίσκεται η κύρια πύλη του Φρουρίου, η οποία χρονολογείται στη βυζαντινή περίοδο. Η πλούσια διακοσμημένη με μετάλλινα ελάσματα και εφηλίδες δίφυλλη ξύλινη θύρα που σφραγίζει την είσοδο, προστέθηκε κατά τους μετέπειτα χρόνους από τους Οθωμανούς. Με την είσοδό του στο Κάστρο, συναντά κανείς στα νότια ένα τριμερές, ορθογώνιας κάτοψης, θολοσκεπές οικοδόμημα, που πιθανόν χρησιμοποιήθηκε ως φυλακή, πυριτιδαποθήκη και χώρος φύλαξης όπλων και πυρομαχικών. Σήμερα λειτουργεί ως χώρος ενημέρωσης του κοινού. Στο κεντρικό και βόρειο τμήμα του Φρουρίου διακρίνονται τα οικοδομικά κατάλοιπα από δύο επιμήκη ορθογώνια κτίσματα, που λειτούργησαν ως καταλύματα της οθωμανικής φρουράς. Στη βορειοανατολική γωνία δεσπόζει ο μεσαιωνικός ακρόπυργος, ο οποίος, ως ύστατο σημείο άμυνας των υπερασπιστών του, διαθέτει ξεχωριστούς προμαχώνες. Στη βυζαντινή φάση του Κάστρου χρονολογείται και η αποσπασματικά διατηρούμενη υδροδεξαμενή στο μέσο του υπαίθριου χώρου, η οποία διέθετε τοξωτή στέγαση.
Εργασίες συντήρησης, στερέωσης και αποκατάστασης διαφόρων τμημάτων του Φρουρίου σε όλη την έκτασή του, εσωτερικά και εξωτερικά, πραγματοποιήθηκαν στο πέρασμα των χρόνων από τις εκάστοτε εφορείες αρχαιοτήτων, με απώτερο στόχο τη βελτίωση της επισκεψιμότητας και της απόδοσής του με ασφάλεια στο ευρύ κοινό. Σήμερα, σε ειδικά διαμορφωμένο τμήμα του Φρουρίου φιλοξενείται πληθώρα πολιτιστικών εκδηλώσεων, με γνώμονα πάντοτε τον σεβασμό στον χώρο και την ιστορία του τόπου.