Hisar, 3 büyük kuleye dayanan dikdörtgene yakın bir plandadır. Kuzeyden güneye doğru uzunluğu 250 metredir. Duvarları genellikle 5 metre ve yaklaşık olarak İstanbul surlarının iki katı kalınlıktadır. Hisarın 5 kapısı vardır; Dizdar kapısı, Hisarpeçe kapısı, Sel kapısı, İstihkâm kapısı, Dağ kapısı. Bütün duvarlarda seğirdim (nöbet) yolları vardır. Seğirdim yollarından kulelere bağlantı yoktur. Böylece avlu ve bedenler düşman eline geçtiği zaman, büyük kulelerin ayrı ayrı düşmana dayanabilmesi sağlanmıştır.
Çeşitli merdivenler bu yolları keser. 3 büyük kuleden başka, kalede 13 küçük burç vardır. Hisarın 3 büyük kulesi, dünyadaki en büyük kale burçlarıdır. Bunlardan; Sarucapaşa kulesi en yükseği (28 m, çapı 24 m), Zağanospaşa kulesi en kalınıdır (21 m, çapı 27 m). Sarucapaşa kulesinin 3. katındaki odaya "Fatih odası" denilir. 3. Kulenin adı Halilpaşa kulesidir. Bu kulenin üzerinde kûfi hatla Allah'ın isimleri yazılmıştır.
Kulelerin yapımıyla, kulelere adları verilen paşalar görevlendirilmiştir. Hisarın ortasında, Fatih tarafından vakfedilen bir de cami vardır. Kitabesiz 2 çeşmeyle büyük bir sarnıç, hisarın su ihtiyacını karşılar.
Fatih Sultan Mehmed, kaleyi, İstanbul'un fethi hazırlıkları sırasında Boğaziçi'nin kontrolünü sağlama maksadıyla yaptırdı. Rumeli yakasına malzeme ve işçi gönderilmesi için hünkâr emirnamesi çıktı. Bu malzemenin güven altına alınması için kıyıda, kalenin güneydoğusuna düşen yere önce bir kule yapıldı. İnşaatta, Fatih Sultan Mehmed'in yönetiminde 1000 kadar usta ve 2000 kadar işçi çalıştı. Hisarın planının Fatih tarafından tasarlandığı ve 4 ayda (26 nisan-28 ağustos 1452)) bitirildiği söylenmektedir.
Yapı tamamlanınca, buraya Firuz Ağa kumandasında 400 kişilik bir kuvvet yerleştirildi. Burçlara konan güçlü toplarıyla 1452' de hisar savunma görevine başladı. 10 Kasım 1452' de, ilk defa hisardan toplarla 2 Venedik kadırgasına ateş açıldı. 26 Kasımda, Antonio Rizo gemisi batırıldı. 1453' de Boğaz'dan hiçbir geminin geçmemesi sağlandı.
İstanbul'un fethinden sonra hisar, askerî açıdan önemini kaybetti ve uzun müddet sadece hapishane olarak kullanıldı. Birçok Osmanlı devlet adamı (Gedik Ahmed Paşa, Çandarlı Halil Paşa ve bazı yabancı devlet mensupları da burada hapsedildiği için kaleye bir ara "karakule" denildi.
Kale, 1500' deki büyük zelzelede hasar gördü, 17. yy'da önemli bir yangın geçirdi. 3. Selim devrinde tamir edildi. En önemli tamir ve bakım 1953' de İstanbul'un 500. fetih yıldönümü münasebetiyle yapıldı. Müzeye dönüştürülen hisar bugün konser, tiyatro vb. sosyal faaliyetler maksadıyla kullanılmaktadır.
