Στους αρχαίους χρόνους, η Μυτιλήνη είχε τη μορφή μικρής νησίδας, οριοθετούμενης από την αντικρινή στεριά με τον Εύριπο, έναν φυσικό πορθμό που συνέδεε τα δύο λιμάνια της. Η φυσικά οχυρή θέση της αρχαίας ακρόπολης της Μυτιλήνης, τον πυρήνα της οποίας κατέλαβε αργότερα το μεσαιωνικό Κάστρο, υπήρξε ανέκαθεν αποφασιστικής σημασίας για τον έλεγχο τον δύο λιμανιών της, αλλά και του Ευρίπου, ο οποίος αρχίζει σταδιακά να επιχωματώνεται, πιθανόν από τον 9ο αι. μ.Χ. κι έπειτα.
Το Φρούριο της Μυτιλήνης, ένα από τα μεγαλύτερα και τα σημαντικότερα της Μεσογείου, βρίσκεται στο βορειοανατολικό άκρο της χερσονήσου, πάνω στην οποία είναι σήμερα χτισμένη η πόλη της Μυτιλήνης. Καταλαμβάνει μια περιοχή ακανόνιστης τραπεζιόσχημης κάτοψης 91 περίπου στρεμμάτων, που εκτείνεται από τον βόρειο αρχαίο λιμένα της πόλης έως και την κορυφή του λόφου, σε μήκος 300 μ. και πλάτος 150-270 μ. Πρόκειται για ένα μνημείο οχυρωματικής αρχιτεκτονικής, οι αρχικές οικοδομικές φάσεις του οποίου ανάγονται στους βυζαντινούς χρόνους, πιθανότατα στην εποχή του Ιουστινιανού (6ος αι. μ.Χ.). Ωστόσο, στο πέρασμα των χρόνων επιδέχθηκε σημαντικές επισκευές, λόγω των φυσικών και πολεμικών καταστροφών (σεισμοί, πολιορκίες) που υπέστη, αλλά και προσθήκες, επεκτάσεις και μεταποιήσεις, στο πλαίσιο των συνεχώς μεταβαλλόμενων πολεμικών τακτικών και αμυντικών πρακτικών, που υπαγόρευαν οι εκάστοτε ανάγκες των διαφόρων εποχών. Η σημερινή του μορφή είναι το αποτέλεσμα των δραστικών οικοδομικών επεμβάσεων του Γενουάτικου οίκου των Γατελούζων, που κυριάρχησαν στο νησί κατά την υστεροβυζαντινή περίοδο (1355-1462), αλλά και των Οθωμανών που κατέλαβαν και κατείχαν τη Λέσβο από το 1462 έως και το 1912.
Οι πρώτες σημαντικές προσθήκες και επεκτάσεις στο Κάστρο της Μυτιλήνης πραγματοποιήθηκαν από τον Φραγκίσκο Α΄ Γατελούζο (1355-1384), ο οποίος βοήθησε τον Ιωάννη Ε΄ Παλαιολόγο (1341-1391) να ανακτήσει τον θρόνο του από τον Ιωάννη Καντακουζηνό (1347-1354), λαμβάνοντας ως ανταμοιβή για τις υπηρεσίες του την αδερφή του Παλαιολόγου, Μαρία, ως γυναίκα του και τη διοίκηση της Λέσβου ως προίκα. Οι δεσμοί Παλαιολόγων και Γατελούζων εύγλωττα μαρτυρούνται στα εντοιχισμένα οικόσημα του Φρουρίου, όπου δίπλα στο δικό τους, το φολιδωτό, τοποθετούνται τα τέσσερα Β των Παλαιολόγων και ο δικέφαλος αετός των Βυζαντινών.
Με την κατάληψη του νησιού από τους Οθωμανούς το 1462, στο πέρασμα των χρόνων, το Κάστρο ενισχύεται περαιτέρω: κατά μήκος του πιο ευάλωτου (λόγω της ευκολότερης προσβασιμότητας) νοτιοανατολικού και νοτιοδυτικού τείχους, χτίζεται προτείχισμα που ενισχύεται με κυκλικούς πύργους, όπως υπαγορεύουν οι νέες πλέον πολεμικές τακτικές και η εκτεταμένη χρήση της πυρίτιδας, ενώ παράλληλα διαμορφώνεται τάφρος. Το 1501 χτίζεται το Κάτω Κάστρο, στην ίδια περίπου θέση που κατείχε ο προγενέστερος οχυρωμένος οικισμός του Μελανουδίου, ενώ το 1644 πραγματοποιείται ανακαίνιση του Φρουρίου, στο πλαίσιο της οποίας προστίθεται και η Μεσαία Πύλη (Ορτά Καπού).
Έπειτα από την απελευθέρωση της Λέσβου το 1912, το Κάστρο αποκτά αμιγώς οικιστική χρήση, ενώ το 1922 με τη Μικρασιατική Καταστροφή, δέχεται το πρώτο ισχυρό πλήγμα, καθώς μεγάλο μέρος του οικοδομικού υλικού του χρησιμοποιείται εκτεταμένα για την ανέγερση των πρώτων προσφυγικών κατοικιών. Στα χρόνια που ακολούθησαν, τμήματα των τειχών του Κάτω Κάστρου καταστρέφονται στο πλαίσιο της διάνοιξης δρόμου, ενώ στο βορειοδυτικό του τμήμα διαμορφώνεται δημοτική αποθήκη.
Το Φρούριο της Μυτιλήνης, ακολουθώντας τη γεωμορφολογία της χερσονήσου, σύμφωνα με την οποία διαμορφώνονται τρία μεγάλα και πλατιά ανισοϋψή πρανή, αποτελείται από τρία τμήματα: το Επάνω ή Άνω Κάστρο που βρίσκεται στην κορυφή του λόφου, το Μεσαίο Κάστρο που εκτείνεται στη βορειοδυτική πλαγιά του και το Κάτω Κάστρο στο χαμηλότερο επίπεδο δίπλα στο βόρειο λιμάνι. Στη βορειοανατολική πλευρά, ο περίβολος του Φρουρίου, εκτός από τα κανονιοστάσια, δε διέθετε προτείχισμα και τάφρο –όπως ο νοτιοανατολικός και νοτιοδυτικός, οι οποίοι ενισχύθηκαν με ορθογώνιους, πολυγωνικούς και αργότερα κυκλικούς πύργους– καθώς οικοδομήθηκε επάνω στο φυσικά διαμορφωμένο απόκρημνο βραχώδες έδαφος, που εξαρχής προσέφερε σε μεγάλο βαθμό από μόνο του φυσική οχύρωση στο Κάστρο.
Η είσοδος στο Άνω Κάστρο επιτυγχάνεται με τη Νότια Πύλη. Η διπλή αυτή πύλη ανοίγεται ανάμεσα σε δύο προμαχώνες, ως καμαροσκέπαστος διάδρομος που οδηγεί σε επιμήκη ορθογώνια αυλή, στο βορειοδυτικό άκρο της οποίας βρίσκεται παλαιότερη βυζαντινή πύλη, από όπου κανείς εισέρχεται στο κυρίως Επάνω Κάστρο. Στον βορειοανατολικό προμαχώνα της πύλης συναντάμε εντοιχισμένα τα οικόσημα των Γατελούζων και των Παλαιολόγων (φολιδωτό έμβλημα Γατελούζων, μονόγραμμα Παλαιολόγων, δικέφαλος αετός Γατελούζων με τα τέσσερα Β των Παλαιολόγων στις γωνίες, αετός σε διασκελισμό προς τα αριστερά), καθώς και μια μεταγενέστερη οθωμανική επιγραφή.
Αμέσως δεξιά της εισόδου, στο ανατολικό άκρο του Φρουρίου, βρίσκεται ο Μεγάλος Περίβολος (Ακρόπυργος), γνωστός κατά την παράδοση και ως «Πύργος της Βασίλισσας», πιθανόν ως ανάμνηση της Μαρίας Παλαιολογίνας, η οποία μετά από τον γάμο της με τον Φραγκίσκο εγκαταστάθηκε στη Μυτιλήνη. Πρόκειται για το οχυρώτερο τμήμα του Κάστρου: διέθετε ακανόνιστη τραπεζιόσχημη κάτοψη και προστατευόταν από πέντε τετράγωνους πύργους, αλλά και τάφρο στη βορειοδυτική και νοτιοδυτική πλευρά. Η είσοδος επιτυγχανόταν από την πύλη του κεντρικού πύργου της νοτιοδυτικής πλευράς, στον οποίο –εκτός από τα οικόσημα και τα εμβλήματα των Γατελούζων και των Παλαιολόγων– βρίσκονται εντοιχισμένες μαρμάρινες πλάκες με παραστάσεις μονομάχων και θηριομαχιών των ρωμαϊκών χρόνων. Ο Μεγάλος Περίβολος περιέκλειε έναν ευρύ αύλειο χώρο, στους τοίχους του οποίου συναντά κανείς αρχαίο οικοδομικό υλικό, εντοιχισμένο σε δεύτερη χρήση, καθώς και δύο δωμάτια στα ανατολικά. Ο Ακρόπυργος είναι από τα λίγα χτίσματα που σώζονται στο Κάστρο από την εποχή των Γατελούζων και αποτελούσε την κύρια κατοικία των ηγεμόνων, αλλά και το ύστατο καταφύγιο των υπερασπιστών του. Στο βορειοδυτικό του τμήμα βρίσκεται η Πυριτιδαποθήκη, που χτίστηκε από τους Οθωμανούς κατά τους μετέπειτα χρόνους, στη θέση της προγενέστερης Λέσχης των Ευγενών (Loggia), όπως πληροφορούμαστε από σχετική επιγραφή, εντοιχισμένη στη διπλή κλίμακα του κτίσματος. Η Πυριτιδαποθήκη αποτελείται από έναν ημιυπόγειο και έναν υπερυψωμένο ισόγειο χώρο και προοριζόταν για τη φύλαξη της πυρίτιδας και τη στέγαση της οθωμανικής φρουράς.
Στα δυτικά του Μεγάλου Περιβόλου, η ανασκαφική έρευνα των παλαιότερων ετών έφερε στο φως ιερό Δήμητρος και Κόρης με συλλατρεία Κυβέλης, που μαρτυρεί τη μακρά συνέχεια χρήσης του χώρου. Το ιερό φαίνεται ότι ιδρύθηκε στις αρχές του 4ου αι. π.Χ., ενώ η λειτουργία του συνεχίστηκε αδιάκοπα έως και τη ρωμαϊκή εποχή. Ανάμεσα στους σημαντικότερους καρπούς που απέφερε η αρχαιολογική σκαπάνη συγκαταλέγονται βωμοί, ενεπίγραφοι κέραμοι, ιεροί αποθέτες, τράπεζες προσφορών, εσχάρες, πήλινα ειδώλια, λύχνοι και κατάδεσμοι (λεπτά μολύβδινα φύλλα, πάνω στα οποία χαράσσονταν κατάρες).
Νοτίως του ιερού βρίσκεται το Κουλέ Τζαμί, ένα από τα δύο τζαμιά που διέθετε το Κάστρο, τα οποία διατηρούνται σήμερα σε ερειπιώδη κατάσταση. Το Κουλέ Τζαμί χτίστηκε έπειτα από την κατάκτηση της Λέσβου από τους Οθωμανούς το 1462, στη θέση του προϋπάρχοντος βυζαντινού ναού του Αγίου Ιωάννη, που ανεγέρθηκε προς τιμή του Ιωάννη Ε΄ Παλαιολόγου στην εποχή των Γατελούζων. Το οθωμανικό τέμενος, εκτός από τη χαρακτηριστική ιερή κόγχη (μιχράμπ) στον νότιο τοίχο του, διέθετε υπερώο, στο οποίο οδηγούνταν κανείς με κλίμακα, τμήμα της οποίας σήμερα διατηρείται. Από τον χριστιανικό ναό σώζεται η αψίδα, κάτω από τον ανατολικό τοίχο του μετέπειτα Τζαμιού. Κοντά στα ερείπια του τεμένους σώζεται μια μονολιθική σαρκοφάγος της ρωμαϊκής περιόδου σε δεύτερη χρήση, με τα ημιτελή εμβλήματα των Γατελούζων και των Παλαιολόγων στη μια μακρά πλευρά της. Σύμφωνα με την παράδοση, χρησίμευσε για την ταφή του Φραγκίσκου Α΄ Γατελούζου και της συζύγου του Μαρίας Παλαιολογίνας.
Στη νοτιοδυτική γωνία του Άνω Κάστρου συναντά κανείς τις Κρύπτες, έναν υπόγειο χώρο 720 τετραγωνικών μέτρων, που προοριζόταν για την προστασία του πληθυσμού σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης. Αποτελούνταν από συστάδες δωματίων, που στεγάζονταν με θόλους και επικοινωνούσαν μεταξύ τους με τοξωτά ανοίγματα.
Η είσοδος στο Μεσαίο Κάστρο επιτυγχανόταν με την επονομαζόμενη Μεσαία πύλη (Ορτά Καπού) στα νοτιοδυτικά, που αποτελεί μετέπειτα προσθήκη των Οθωμανών, στο πλαίσιο της περαιτέρω ενίσχυσης του Φρουρίου, κατά τα χρόνια διακυβέρνησης του σουλτάνου Ιμπραήμ Χαν (1640-1648). Από την εντοιχισμένη επιγραφή πληροφορούμαστε ότι κατασκευάστηκε από τον ναύαρχο Μπεκήρ Πασά το έτος 1644. Εσωτερικά της Μεσαίας Πύλης, βρίσκεται η παλαιότερη πύλη της εποχής των Γατελούζων που φέρει το χαρακτηριστικό φολιδωτό οικόσημό τους, το μονόγραμμα των Παλαιολόγων, εστεμμένο αετό σε διασκελισμό και ιδρυτική επιγραφή με το έτος κατασκευής της (1373). Ο τετράγωνος πύργος που την προστατεύει στα ανατολικά είναι πρωιμότερος. Ανάγεται στους βυζαντινούς χρόνους, όπως υποδεικνύει η τοιχοποιία και το εντοιχισμένο αρχαίο οικοδομικό υλικό σε δεύτερη χρήση. Στους ίδιους χρόνους τοποθετείται χρονολογικά και η τρίτη πύλη στο βορειοανατολικό άκρο του αύλειου χώρου που συναντά κανείς εσωτερικά, αφού προσπεράσει τη γενουάτικη.
Στο Μεσαίο Κάστρο ανεγέρθησαν τα σημαντικότερα θρησκευτικά και κοσμικά κτήρια της οθωμανικής περιόδου. Στο ανατολικό του τμήμα βρίσκονται ο Μενδρεσές (ισλαμικό ιεροδιδασκαλείο), το Χαμάμ (λουτρό), ο Τεκές (οθωμανικό μοναστήρι),οι Φυλακές, που λειτούργησαν αργότερα και ως στρατιωτικό νοσοκομείο, μια δεύτερη πυριτιδαποθήκη και ένα συγκρότημα οικιών.
Ο Μενδρεσές είναι ένα διώροφο κτίσμα, τετράγωνης κάτοψης, τα δωμάτια του οποίου διαρθρώνονται σε σχήμα Π γύρω από έναν κεντρικό αύλειο χώρο. Εκεί διδάσκονταν το Κοράνιο, η αραβική γλώσσα, η αστρονομία και η νομική. Στον επάνω όροφο βρίσκονταν οι χώροι προσευχής (μιχράμπ), διδασκαλίας και τα δωμάτια διαμονής των διδασκόντων (μουλάδες) και των σπουδαστών (σοφτάδες), ενώ στο ισόγειο τα μαγειρεία, η τραπεζαρία και οι αποθηκευτικοί χώροι. Η στέγαση όλων των χώρων του ορόφου επιτυγχανόταν με τρούλους, ενώ όλα τα δωμάτια διέθεταν εστία.
Στα ανατολικά του Μενδρεσέ συναντά κανείς το Χαμάμ, ένα σχετικά μικρού μεγέθους λουτρό, που αποτελούσε αναπόσπαστο κομμάτι της καθημερινής ζωής των Οθωμανών. Κατά μία άλλη άποψη, εξαιτίας των αποκλίσεων από τη συνήθη τυπολογία των λουτρών και την ύπαρξη ιχνών αψιδώματος (πιθανόν από κρήνη) στην πρόσοψή του, το κτίσμα ερμηνεύεται ως χώρος δεξαμενής.
Ακόμη ανατολικότερα βρισκόταν ο Τεκές, ένα μονόχωρο, τρουλαίο οικοδόμημα οκταγωνικής κάτοψης με εστία, που εξυπηρετούσε τη διαβίωση και τις λατρευτικές ανάγκες του τάγματος των Οθωμανών μοναχών (δερβίσηδων).
Στο βορειοανατολικό τμήμα του Μεσαίου Κάστρου, το μεγάλο μονώροφο κτήριο που διατηρείται σήμερα αποσπασματικά, ταυτίζεται με το συγκρότημα των Οθωμανικών Φυλακών, έργο του αρχιτέκτονα Μουσά-Μπαμπά (1630-1692), που αργότερα λειτούργησε και ως νοσοκομείο του στρατού. Τα δωμάτια του οικοδομήματος διατάσσονται γύρω από μια κεντρική περίστυλη αυλή, ενώ η είσοδός του ήταν οχυρωμένη με πυργοειδή κατασκευή.
Απέναντι συναντάει κανείς την Πυριτιδαποθήκη, ένα ογκώδες, λιθόκτιστο, τριμερές οικοδόμημα με ορθογώνια κάτοψη και περίβολο με μνημειακή πύλη, στο τοξωτό υπέρθυρο της οποίας βρίσκεται εντοιχισμένη μαρμάρινη πλάκα με απόσπασμα από το Κοράνιο. Διέθετε δίρριχτη στέγη, η οποία για λόγους ασφάλειας(αποφυγή ανάφλεξης) ήταν εξολοκλήρου κατασκευασμένη από λίθο (ολόλιθη).
Στο νοτιοδυτικό τμήμα του Μεσαίου Κάστρου εκτείνονταν άλλοτε οι οικίες του μουσουλμανικού πληθυσμού. Εκτός από το συγκρότημα οικιών, που βρίσκεται ανάμεσα στην Πυριτιδαποθήκη και τις Οθωμανικές Φυλακές, χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η οθωμανική οικία στα δυτικά, απέναντι από μια κρήνη της ίδιας εποχής και τη δεξαμενή. Η τετράγωνης κάτοψης οικία διέθετε έναν κεντρικό χώρο, έξι ακόμη δωμάτια, αποχωρητήριο καθώς και ένα ανεξάρτητο δωμάτιο με ξεχωριστή είσοδο, που πιθανόν λειτουργούσε ως κατάστημα. Η Οθωμανική Κρήνη, που εξυπηρετούσε τις ανάγκες ύδρευσης, ήταν διακοσμημένη στην πρόσοψή της με το χαρακτηριστικό στην οθωμανική αρχιτεκτονική οξυκόρυφο τόξο.
Η δεξαμενή στο δυτικό άκρο είναι ένα τριμερές, ορθογώνιο, ημιυπόγειο κτίσμα της βυζαντινής εποχής, χωρητικότητας 400 κυβικών μέτρων, που θεμελιώθηκε σε πρωιμότερα κατάλοιπα των ρωμαϊκών χρόνων και ανακατασκευάστηκε δραστικά κατά την οθωμανική περίοδο.
Δύο πρωιμότερες πυλίδες της βυζαντινής περιόδου στο βορειοδυτικό τμήμα του περιβόλου που συνδέουν σήμερα το Μεσαίο με το Άνω Κάστρο, αποτελούσαν –πριν από την οθωμανική κατάκτηση του Φρουρίου το 1462– τις κύριες πύλες εισόδου στο Φρούριο από τον βόρειο αρχαίο λιμένα της πόλης και τον οχυρωμένο οικισμό του Μελανουδίου.
Στην ίδια θέση (αυτή του Μελανουδίου) οικοδομήθηκε αργότερα το Κάτω Κάστρο, γνωστό και ως Σαπλιτζά, που αποτελεί εξολοκλήρου προσθήκη των Οθωμανών, με βασικό στόχο την προστασία του βόρειου λιμένα και την οργανική σύνδεση του με το υπόλοιπο τμήμα του Φρουρίου. Πιο συγκεκριμένα, κατασκευάστηκε το έτος 1501 από τον ταξίαρχο Απτουλαϊρρεδίν επί διακυβέρνησης του Βαγιαζίτ Β΄ και αποτέλεσε ένα είδος οχυρωμένου οικιστικού πυρήνα των Οθωμανών. Η είσοδος σε αυτό επιτυγχανόταν από τη Βόρεια Πύλη, που ανοιγόταν στο εσωτερικό ενός πύργου, έπειτα από τη διέλευση του οποίου εισερχόταν κανείς σε έναν επιμήκη αύλειο χώρο. Στην άκρη της αυλής υπήρχε δεύτερη πύλη, προσδίδοντας έτσι περαιτέρω ασφάλεια στον χώρο. Το βορειοδυτικό τμήμα του Κάτω Φρουρίου αποτελεί σήμερα αποθήκη φύλαξης αρχαιοτήτων. Το Κάτω Κάστρο ήταν ενισχυμένο με σειρά πύργων κυκλικής κάτοψης, ο μεγαλύτερος από τους οποίους δεσπόζει στο βόρειο άκρο και προστάτευε τον αρχαίο λιμένα.
Στο Κάτω Κάστρο υπήρχε μια δεύτερη οθωμανική κρήνη και ένα δεύτερο οθωμανικό λουτρό (χαμάμ) του 17ου αι., με τριμερή διάρθρωση και στέγαση από ημισφαιρικούς θόλους με φωτιστικές οπές. Εκτός από τις οθωμανικές οικίες που ανέρχονταν περίπου σε ογδόντα στον αριθμό, συναντούσε κανείς τα περίφημα μαντεία των Οθωμανών, όπου οι Τούρκοι «ντεντέδες» προέβλεπαν το μέλλον και ένα παλαιοχριστιανικό λατρευτικό σπήλαιο, το αγίασμα/ξωκκλήσι της Παναγίας Γαλατούσας. Τα εναπομείναντα οικήματα απαλλοτριώθηκαν από το Υπουργείο Πολιτισμού, με σκοπό τη συνολική διαμόρφωση, ανάδειξη και προβολή του Κάτω Κάστρου.
Από τη δεκαετία του 1960 κι έπειτα, ξεκίνησαν από τις εκάστοτε Εφορείες Αρχαιοτήτων συστηματικές προσπάθειες, με σκοπό τη συντήρηση, αποκατάσταση και ανάδειξη του Κάστρου της Μυτιλήνης, αλλά και τη βελτίωση της επισκεψιμότητάς του. Σταθμοί στις προσπάθειες αυτές υπήρξαν οι εργασίες των Εφορειών Αρχαιοτήτων κατά τα έτη 2005-2007, 2010-2014, αλλά και πιο πρόσφατα, το σημαντικό έργο της Εφορείας Αρχαιοτήτων Λέσβου, στο πλαίσιο του οποίου ολοκληρώθηκε πρόσφατα, το 2018, η στερέωση και αποκατάσταση τμημάτων του βορειοανατολικού περιβόλου του Φρουρίου.
Σήμερα, η περιοχή του Κάτω Κάστρου συνεχίζει να αναβαθμίζεται, στο πλαίσιο του προγράμματος των αστικών αναπλάσεων (ΕΣΠΑ 2014-2020), υπό την εποπτεία της Εφορείας Αρχαιοτήτων Λέσβου, με τη δημιουργία ποδηλατοδρόμου, διαδρομών περιπάτου, υπαίθριων χώρων πολιτιστικών εκδηλώσεων και με την αποκατάσταση και μετατροπή δύο οθωμανικών οικιών σε χώρους εκπαιδευτικών προγραμμάτων και ψηφιακών εφαρμογών πολυμέσων.
Το Κάστρο της Μυτιλήνης αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους αρχαιολογικούς χώρους και τοπόσημο της πόλης, αλλά και της νήσου της Λέσβου γενικότερα. Το διαχρονικό αυτό μνημείο, αναπόσπαστο κομμάτι της αρχαίας, αλλά και νεώτερης ιστορίας της Μυτιλήνης, είναι σήμερα επισκέψιμο και ανοιχτό για το ευρύ κοινό.