Гомельскі замак размяшчаўся на высокім правым беразе ракі Сож, каля ўпадзення ў яе ракі Гомія (Гамеюка). Ён быў пабудаваны на месцы старога дзядзінца, абнесенага частаколам і земляным валам, які стаяў тут з IX стагоддзя.
Да сярэдзіны XVI стагоддзя разам з земляным валам, які ўвесь час падсыпаўся, Гомельскі замак аддзяляўся ад горада абарончым ровам шырынёй 30-35 метраў, і, у выніку, даўжыня перыметра ўмацаванняў склала 460 метраў. Сам жа замак па форме нагадваў выцягнуты авал даўжынёй 200 метраў і шырынёй 90 метраў, а яго агульная плошча складала 1,3 га.
У абарончыя ўмацаванні Гомельскага замка таксама ўваходзілі шмат'ярусныя драўляныя вежы, уязная брама з пад'ёмным мостам праз роў і сцены-Горадні з баявой галерэяй. Для прадухілення гніення драўляныя сцены замка былі абмазаны глінай на значную вышыню. Акрамя ахоўнай функцыі гліна выконвала яшчэ і супрацьпажарную. Важным дадаткам да абарончых збудаванняў быў таемны падземны ход з замка да ракі Сож для папаўнення запасаў вады падчас аблог.
Гомельскі замак разам са сваёй сістэмай умацаванняў меў дадатковыя гарадскія фартыфікацыі. Горад быў абнесены земляным валам з драўлянымі сценамі і вежамі, а ўезд у яго ажыццяўляўся праз чатыры брамы.
Пасля ўваходжання Гомельскага замка ў склад Вялікага Княства Літоўскага ў канцы 30-х гг.XIV ст. ён заняў важнае месца ў абароне паўднёва-ўсходняга боку княства. І не раз замку ўдавалася вытрымліваць аблогі, у тым ліку і штогадовыя напады войскаў ВКЛ у перыяд з 1500-га па 1535-ы год. У той час Гомель знаходзіўся пад кантролем маскоўскага цара з-за таго, што ў 1499-ым годзе мажайскія князі, якія атрымалі раней горад у кіраванне, адмовіліся прымаць каталіцтва і разам з Гомелем перайшлі на бок Маскоўскага княства. Толькі толькі ў 1535 годзе моцнае войска Жыгімонта I пад кіраваннем гетмана ВКЛ Юрыя Радзівіла змагло вярнуць Гомельскі замак з горадам у склад Літвы.
З-за свайго геаграфічнага месцазнаходжання Гомельскі замак прымаў удзел амаль ва ўсіх буйных і пагранічных войнах Вялікага Княства Літоўскага. У 1576-ым годзе яго на кароткі час падчас Лівонскай вайны захапілі войскі Івана Грознага, але неўзабаве войскі ВКЛ адбілі горад назад. У 1581-ым годзе маскоўскія войскі зноў аблажылі горад, але ў гэты раз ім яго ўзяць не ўдалося.
Гомельскі замак таксама перажыў аблогі падчас паўстання Багдана Хмяльніцкага і наступнай за ёй Трынаццацігадовай вайной Маскоўскага княства з Рэччу Паспалітай. Гэтыя дзве вайны значна паўплывалі на стан умацаванняў, але, мяркуючы па паведамленнях тых часоў, яны ўсё яшчэ захавалі сваю моц.
У 1737-ым годзе князь Міхаіл Чартарыйскі, які з'яўляецца ў той час уладальнікам Гомеля, пабудаваў новы замак, які меў вежы са шматлікімі байніцамі. Акрамя гэтага, умацавалі пад'ёмны мост і паглыбілі Равы.
Пасля падзелу Рэчы Паспалітай Гомель разам з землямі ВКЛ увайшоў у склад Расійскай імперыі і быў падораны графу Румянцаву. Неўзабаве вежы і сцены драўлянага замка былі знесены, а валы зрыты. Па плане Б. Растрэлі ў 1785-ым годзе на месцы былога Гомельскага замка было пачата будаўніцтва існуючага цяпер каменнага палаца.