La Fortezza Medicea di Piombino fu costruita tra il 1552 e il 1557 per volere di Cosimo I de' Medici su progetto di Giovanni Camerini. È costituita da una struttura a stella, con pianta allungata e bastioni agli angoli, tipica delle fortificazioni del secolo XV, presente anche a Portoferraio. In questa fortificazione era inglobato il castello, edificio a pianta centrale costruito nella seconda metà del Quattrocento. Durante la sua visita del 1504, Leonardo da Vinci ne studiò la struttura, arrivando ad ipotizzare, per questo, la costruzione di una torre circolare (Codice di Madrid II - Manoscritto "8936", conservato presso la Biblioteca Nacional di Madrid).

Il complesso della fortezza aveva compiti di avvistamento e funzione di baluardo a difesa della costa tirrenica, interessata dai traffici marittimi dovuti al commercio e al trasporto del ferro dall'isola d'Elba. Tali compiti vennero meno quando, alla metà dell'Ottocento, il Castello fu trasformato in carcere; questo cambiamento comportò pesanti rimaneggiamenti e ristrutturazioni. Rimasto edificio penale sino alla metà del Novecento, oggi, dopo importanti interventi di restauro, è possibile ammirare le strutture della Fortezza relative alle fasi più significative della sua storia.

Il complesso difensivo oggi accoglie il Museo del Castello e della Città ed è destinato a spazi per mostre ed esposizioni temporanee. Una raccolta di materiali ceramici e metallici accompagnati da pannelli esplicativi e postazioni informatiche consentiranno al visitatore di rivivere le tappe fondamentali del castello e del territorio circostante.