Το Μεσαιωνικό Κάστρο της Μύρινας είναι χτισμένο σε βραχώδη και απόκρημνη χερσόνησο. Αποτελεί το μεγαλύτερο σε έκταση οχυρό του Αιγαίου, ελέγχει δύο όρμους και το λιμάνι της Μύρινας.
Στη θέση όπου βρίσκεται σήμερα το κάστρο υπήρχε αρχαία ακρόπολη με κυκλώπεια τείχη, πιθανότατα από τον 13ο αιώνα π.Χ.. Τον 8ο π.Χ. αιώνα η Λήμνος κατακτήθηκε από τους Πελασγούς, οι οποίοι ενίσχυσαν την οχύρωση του κάστρου (οι πηγές αναφέρουν την πελασγική ακρόπολη στη Μύρινα).
Το κάστρο χτίστηκε στις αρχές του 12ου αιώνα μ.Χ. (Βυζαντινή περίοδο) με υλικό από την αρχαία ακρόπολη και οι οχυρώσεις του ενισχύθηκαν το 1185 από τον αυτοκράτορα Ανδρόνικο Α΄ Κομνηνό.
Η σημερινή μορφή του ανάγεται στο 1207, όταν ο Ενετός Φιλόκαλος Ναβιγκαγιόζο, Μεγάλος Δούκας της Λήμνου, οχυρώνει την Μύρινα. Στην περίοδο της Τουρκοκρατίας εντός του Φρουρίου κατοικούσαν Τούρκοι. Στα Ορλωφικά, κατά την πολιορκία της Μύρινας το 1770 από τον Ρωσικό στόλο, τα τείχη του φρουρίου υπέστησαν σοβαρές ζημιές.
Το κάστρο καλύπτει έκταση 144 στρεμμάτων και έχει τριπλό τείχος με 14 πύργους συνολικά. Διέθετε μια κεντρική πύλη στα ανατολικά και μια μικρότερη στα βόρεια. Στην ανατολική και νότια πλευρά το τείχος είναι ψηλό με πολλούς πύργους, ενώ στην βόρεια και δυτική πλευρά το τείχος είναι χαμηλότερο και οι πύργοι σπανιότεροι.
Στο ψηλότερο σημείο του λόφου σώζονται ερείπια οχυρού κτίσματος με πολλούς εσωτερικούς χώρους. Τέλος, εντός του φρουρίου υπάρχει ένα τούρκικο τέμενος, υπόγειος θολωτός χώρος και δεξαμενές.