Упершыню аб Магілёўскім замку згадваецца ў Баркулабаўскім летапісе, а таксама ў хроніцы Сурты і Трубяцкога, у дакументах гаворыцца: «Лета 1526 года замак зароблены і прынята шмат пахаванняў магілы, на якой цяпер замак Магілёў стаіць». На падставе звестак з хронік, а таксама атрыманых вынікаў пасля археалагічных раскопак, Магілёўскі замак быў пабудаваны не на месцы былога гарадзішча, а на старажытным грунтавым могільніку XII-XIII стст., ад якога і пайшла назва замка, а затым і горада.
Магілёўскі замак размяшчаўся на мысе, дзе рака Дубровенка ўпадае ў Дняпро. Пад будаўніцтва замка плошча старажытных могілак была выраўнавана нівеліровачным метровым пластом гліны. Па краі пляцоўкі насыпалі магутны вал з крупнозерністой пяску і шчыльнай ярка-чырвонай гліны. Шырыня вала ў падставе складала 16 метраў, а вышыня была не менш 5. Для трываласці гліняную паверхню вала абпалілі да кирпичеобразной шчыльнасці, а таксама ўзвялі на грэбні вала драўляныя сцены і вежы. У выніку, з улікам рова і высокіх схілаў гары, каля 20-25 метраў, з Магілёўскага замка атрымаўся салідны, магутны абарончы комплекс.
Вялікакняскай уладай на сялян воласці і мяшчан Магілёва былі ўскладзены абавязкі па абароне, будаўніцтве і рамонце замкавых умацаванняў. Узамен падчас небяспекі мяшчане і валасныя сяляне атрымлівалі ў Магілёўскім замку прытулак і месца пад захоўванне маёмасці.
20 лютага 1561 года вялікі Князь літоўскі Жыгімонт Аўгуст устаўной граматай дараваў Магілёву Магдэбургскае права. Пасля атрымання права на гарадское самакіраванне ў горадзе пачалося ўзвядзенне гарадскіх умацаванняў. Разам з будаўніцтвам гарадскова вала, сцен і вежаў быў перабудаваны і Магілёўскі замак.
Аднак пабудаваным гарадскім умацаванням і самому замку прастаяць удалося нядоўга, бо ў канцы Лівонскай вайны ў 1580 годзе войскі Маскоўскага княства спалілі горад. Праз 15 гадоў 13 снежня 1595 года Магілёў зноў быў спалены, толькі на гэты раз казакамі пад кіраўніцтвам С. Налівайкі.
Пасля ўсіх гэтых спусташэнняў Магілёўскі замак і горад акрыялі няхутка. Было вырашана дадаткова ўзмацніць іх двума новымі лініямі ўмацаванняў з валоў, равоў, варот і бастыёнаў, якія хоць і пабудавалі да 1618 годзе, аднак завяршыць да канца работы па ўзвядзенню ўмацаванняў не змаглі.
Толькі да 30-х гадоў XVII ст. у горадзе сфарміраваліся магутныя лініі абароны, якія праіснавалі аж да канца XVIII ст.у першую лінію абароны ўваходзіў Магілёўскі замак з агульнай працягласцю ўмацаванняў даўжынёй каля 615 метраў. Другая лінія ўмацаванняў з чатырма варотамі акружала горад, яе агульная працягласць складала каля 1472 метраў. У трэцюю лінію абароны ўваходзіў Палявы (Далёкі, кругавой) вал, у розны час яго працягласць і колькасць брам змянялася. Так, да канца XVII стагоддзя Палявы вал меў 13 брам.
З самага ранняга інвентару, складзенага каралеўскімі рэвізорамі Я. Корсакам і Я. Гізам у 1604 годзе, вядома, што тады Магілёўскі замак ад горада аддзяляў абарончы роў, які ішоў ад Дубровенкі да Дняпра. Замак меў вароты, якія называліся «Горная брама». Вароты былі вялікія з двух палотнішчаў і мелі складаную запорную сістэму з невялікай брамкай для пешаходаў. Да горнай брамы праз роў вёў мост на палях, у якога апошняе звяно было пад'ёмным.
Горная брама ўяўляла з сябе прамавугольны ў плане пяціярусны будынак. Сцены брамы з вонкавага боку да трэцяга яруса былі ссечаны таўшчынёй у тры бярвёны, а з боку замка - у адно бервяно. Вышэй трэцяга яруса да самага даху таўшчыня сцен складала два бярвёны. Чатырохсхільны дах даху быў накрыты драніцамі. У горнай браме размяшчалася турма.
Па перыметры абарончага вала Магілёўскага замка дадаткова стаяла шэсць вежаў вышынёй у 3-5 ярусаў. Яны злучаліся сценамі, якія мелі аднолькавую таўшчыню: знешнія - у 2-3 бярвёны, Унутраныя - у адно бервяно. З боку Дняпра знаходзілася пятиярусная вежа з варотамі пад назвай «Брама Дольная», а побач быў таемны падземны ход да ракі. На адной з вежаў вісеў бронзавы звон, які выкарыстоўваўся пры трывозе.
Сцены Магілёўскага замка мелі выгляд традыцыйных, але вельмі высокіх горадняў (драўляна-земляных канструкцый, якія складаліся са зруба, напоўненага грунтам). Горадні былі вышынёй у тры ярусы і завяршаліся баявой галерэяй таўшчынёй у два бярвёны і двухсхільным дахам. Для адлюстравання нападаў праціўнікаў там захоўваліся камяні, бярвёны і калы. Звонку ўвесь замак быў добра абмазаны глінай.
Пасля пажару ў 1633 годзе Магілёўскі замак у чарговы раз згарэў і яго давялося зноўку аднаўляць. Аднак, да 1654-га года, калі пачалася 13-гадовая вайна Масквы з Рэччу Паспалітай, замак хоць і быў адноўлены, але стан яго быў вельмі сумным. Да 1660 года замку надалі выгляд бастыённага збудавання, а з боку Дняпра дадаткова ўзмацнілі больверками (каменныя збудаванні, прызначаныя для абароны).
Магілёўскі замак зноў гарэў праз 4 гады, у 1664. Усе драўляныя пабудовы зноў былі знішчаны агнём. І ў чарговы раз адноўлены, і ў 1708 годзе зноў спалены па загадзе Пятра I падчас Паўночнай вайны, усяго толькі за тое, што на два тыдні ў замку спыніўся шведскі кароль са сваімі войскамі. Але, як і раней, зноў узняты з попелу, і так прастаяў ён да канца XVIII стагоддзя.