Το Βυζαντινό κάστρο χτίστηκε στη θέση της αρχαίας ακρόπολης της Μυτιλήνης για την οποία δεν υπάρχουν στοιχεία για την μορφή που είχε.
Στο κάστρο της Μυτιλήνης μπορούμε να διακρίνουμε τρείς φάσεις οχύρωσης. Η πρώτη χρονικά φάση είναι η Βυζαντινή και ανάγεται τον 6ο αιώνα , η δεύτερη φάση , με σαφώς περισσότερα σωζόμενα τμήματα, ήταν κατά τον 14ο αιώνα υπό την διοίκηση της Γενοβέζικης οικογένειας των Γατελούζων. Η Τρίτη φάση οχύρωσης πραγματοποιήθηκε κατά την οθωμανική κυριαρχία, μετά τον 16ο αιώνα.
Το κάστρο βρίσκεται σε μία θέση με φυσική οχύρωση και καταλαμβάνει το υψηλότερο σημείο της χερσονήσου. Η θέση αυτή επιλέχθηκε έτσι ώστε να αποτελέσει το καταφύγιο των κατοίκων της πόλης, παράλληλα έδινε τη δυνατότητα ελέγχου των δύο λιμανιών, που παρακείμενου οικισμού και της ευρύτερης θαλάσσιας περιοχής.