La costruzione di una nuova imponente cinta muraria a Grosseto rientrava nel piano di fortificazione dei nuovi confini dello Stato mediceo voluto da Cosimo I dopo l'annessione di Siena e della Maremma, poco oltre la metà del Cinquecento. In particolare, la necessità di fortificare Grosseto risiedeva nella importanza politica e strategica della città, sede di un grande deposito di grano e sale, entrambi prodotti nella zona.

Già in epoca medievale esisteva una cinta muraria più volte ricostruita per conto della Repubblica senese. Attorno al 1540, Anton Maria Lari rafforzò le mura di Grosseto con moderni bastioni angolari. A causa del cattivo stato in cui si trovavano le fortificazioni grossetane dopo l'annessione allo Stato mediceo, fu innalzata a partire dal 1565, su progetto dell'architetto militare Baldassarre Lanci, una nuova cinta muraria ultimata intorno al 1593. La cinta muraria di Grosseto presenta una forma esagonale bastionata ai vertici, perimetrata internamente da un percorso ad anello ed esternamente da fossi navigabili, usati durante la costruzione anche per il trasporto dei materiali. La struttura, realizzata in mattoni, rispondeva ai principi della moderna architettura militare. Nella fortificazione medicea sono presenti alcuni elementi delle mura medievali: la Porta Vecchia a sud, unico accesso alla città sino al 1754, anno in cui fu aperta la Porta Nuova a nord, e il cassero senese (1345), realizzato in pietre squadrate di travertino, inglobato nel bastione della Fortezza. Quest'ultima costruzione è un imponente complesso con funzioni militari, costituito da caserme, depositi e da una cappella.

L'opera fortificata fu trasformata nel 1828, per volere del Granduca Leopoldo II di Lorena, che fece adattare i baluardi e gli spalti in giardini e viali pubblici, facendo definitivamente perdere alle mura la loro funzione militare.