Το Κάστρο της Χίου έχει έκταση 180.000 τ.μ. και τα τείχη του περικλείουν οικιστικό σύνολο, με 650 κατοίκους. Η κατοίκηση στο χώρο του Κάστρου μαρτυρείται τουλάχιστον από τους ελληνιστικούς χρόνους. Ευρύματα ανασκαφών πιστοποιούν την συνέχιση της κατοίκησης στους Ρωμαϊκούς και στους πρωτοβυζαντινούς χρόνους. Ναοί των μεσοβυζαντινών χρόνων μαρτυρούνται από τις πηγές (10ου αι.) και από ευρύματα ανασκαφών (11ου αι.). Το σημερινό Κάστρο της Χίου ταυτίζεται με το γνωστό από τις πηγές οχυρό, που άρχισε να οικοδομεί το 1328 ο Γενουάτης ηγεμόνας της Χίου, Martino Zaccaria. Το 1329 το κάστρο καταλύφθηκε για λογαριασμό του βυζαντινού αυτοκράτορα από τον Ανδρόνικο Γ’ Παλαιολόγο και παρέμεινε στους κόλπους της βυζαντινής αυτοκρατορίας έως το 1346, οπότε η Χίος περιήλθε οριστικά ως κτήση στη Δημοκρατία της Γένουας. Από τη χρονιά εκείνη που ο Γενουάτης Simone Vignoso κατέλαβε το νησί, αρχίζει η περίοδος της Γενουατοκρατίας στη Χίο η οποία διήρκεσε δύο αιώνες, από το 1346 έως το 1566. Στους μεσαιωνικούς χρόνους το Κάστρο της πόλης (η Civitas Chii) ήταν το κέντρο της πολιτικής και της στρατιωτικής διοίκησης της Χίου. Έξω από τα τείχη του εκτεινόταν η πόλη, το borgo. Τη διακυβέρνηση του νησιού είχε αναλάβει μια εμπορική εταιρεία, η Μαόνα, της οποίας τα μέλη από το 1362 και εξής ανήκαν στη φατρία (Albergo) των Ιουστινιάνι (Giustiniani) στη Γένουα και από τότε έφεραν το επώνυμο Ιουστινιάνι. Το 1566 ο Πιαλή πασάς κατέλαβε το Κάστρο αμαχητί εκ μέρους του Οθωμανού Σουλτάνου Σουλεϋμάν του Μεγαλοπρεπούς. Το 1694 το κατέλαβαν για ένα εξάμηνο οι Ενετοί, που πραγματοποίησαν εκτεταμένες εργασίες στις οχυρώσεις παρά το μικρό διάστημα της κυριαρχίας τους. Έκτοτε το Κάστρο παρέμεινε αδιάλειπτα στα χέρια των Οθωμανών έως το 1922 που η Χίος απελευθερώθηκε και προσαρτήθηκε στο Ελληνικό Κράτος.

Η Ελληνική Πολιτεία έλαβε από το 1924 μέτρα προστασίας του μνημείου και με Προεδρικό Διάταγμα τον Οκτώβριο της ίδιας χρονιάς χαρακτήρισε το Κάστρο ως διατηρητέο αρχαιολογικό και ιστορικό χώρο. Παρόλα αυτά το μνημείο απειλήθηκε σοβαρά κατά τη διάρκεια του 20ου αι., όταν μερίδα της Χιακής κοινωνίας ζητούσε επιτακτικά την κατεδάφισή του, αίτημα που αναζωπυρωνόταν κατά καιρούς, στη δεκαετία του 1930 αρχικά, και κατόπιν στη δεκαετία του 1950 και του 1970. Καθοριστικές για την απαξίωση και την κακή κατάσταση διατήρησης του μνημείου στους νεώτερους χρόνους ήταν οι φυσικές καταστροφές (σεισμοί) του 1881 και του 1949, η κατασκευή της νέας προκυμαίας το 1896 που αλλοίωσε δραστικά το επιλιμένιο τείχος, η μαζική εγκατάσταση στο Κάστρο των ελλήνων προσφύγων που κατέφυγαν στη Χίο μετά την μικρασιατική καταστροφή του 1922, η Γερμανική κατοχή, όταν προμαχώνες και οικοδομικό υλικό του Κάστρου χρησιμοποιήθηκαν για το άλεσμα των σιτηρών. Ακόμη, μετά την απελευθέρωση της Χίου από τους Οθωμανούς το 1912 τα τείχη λιθολογήθηκαν συστηματικά, καταστράφηκαν μερικώς δύο προμαχώνες και η δυτική Πύλη (“Επάνω Πορτέλλο), καθώς και τμήματα του επιθαλασσίου τείχους με τη χρήση εκρηκτικών.

Η μορφή των οχυρώσεων του Κάστρου της Χίου, που αντικρύζει ο επισκέπτης σήμερα είναι προϊόν συνεχών μετασκευών, προσθηκών και ενισχύσεων κατά τη διάρκεια της μακραίωνης ύπαρξης του μνημείου. Η πορεία των τειχών είναι τεθλασμένη και σχηματίζει ένα ακανόνιστο πεντάγωνο. Ανά διαστήματα υπάρχουν ισχυροί προμαχώνες (οκτώ από αυτούς διατηρούνται σήμερα). Στους πύργους τριών από αυτούς υπάρχουν εντοιχισμένες πλάκες με το έμβλημα των Ιουστινιάνι (κάστρο με τρεις πύργους και εστεμμένος αετός), οι οποίες μνημονεύουν το έτος κατασκευής ή επισκευής του οχυρωματικού έργου στους χρόνους της Γενουατοκρατίας στη Χίο (1346-1566). Ενδεικτικός των επεμβάσεων που μετέβαλαν τη μορφή των πύργων και των τειχών μέσα στους αιώνες είναι ο βόρειος προμαχώνας που υψώνεται στο σημείο συμβολής των χερσαίων τειχών με το επιθαλάσσιο, ο γνωστός ως προμαχώνας στου Antonio Zeno ή του Ζήνωνος. Ο πυρήνας του προμαχώνα είναι πύργος που κατασκευάσθηκε στην ύστερη αρχαιότητα. Το 1426, επί Γενουατοκρατίας, ο πύργος υπερυψώθηκε και ενισχύθηκε, ενώ το 1694, στο διάστημα της σύντομης Ενετοκρατίας, ο ναύαρχος Antonio Zeno ήταν υπεύθυνος για την εκτέλεση μιάς σειράς νέων συμπληρωματικών οχυρωματικών έργων στον προμαχώνα, που από τότε φέρει το όνομά του. Παρόμοιες επεμβάσεις παρατηρούνται σε όλους τους προμαχώνες του Κάστρου.

Η είσοδος στο Κάστρο γίνεται από τη γέφυρα που διασχίζει την άνυδρη σήμερα τάφρο, που περιέβαλλε άλλοτε όλη την περίμετρο των χερσαίων τειχών. Η κύρια πύλη, η Porta Maggiore, διατηρεί τη μνημειακή μορφή που της έδωσαν οι Ενετοί το 1694. Το πρώτο κτήριο που συναντάται μετά την Πύλη είναι γνωστό ως “Παλάτι Ιουστινιάνι”, χρονολογείται στους χρόνους της Γενουατοκρατίας, και σήμερα, αναστηλωμένο, λειτουργεί ως χώρος περιοδικών εκθέσεων αρχαιοτήτων. Σε επαφή με το “Παλάτι” σώζεται το κτήριο της “Σκοτεινής Φυλακής”, κτίσμα επίσης των χρόνων της Γενουατοκρατίας, που συνδέθηκε με ένα τραγικό γεγονός της νεώτερης ιστορίας της Χίου: εδώ φυλακίσθηκαν το 1822 εβδομήντα πρόκριτοι της Χίου πριν οδηγηθούν στην αγχόνη. Στην πλατεία του Κάστρου έχει ιδρυθεί νεκροταφείο επιφανών Οθωμανών, όπου μεταξύ των άλλων διακρίνεται το ταφικό μνημείο του καπουδάν πασά Καρά αλή, του οποίου τη ναυαρχίδα ανατίναξε ο Κανάρης το 1822, κατά τη διάρκεια της Ελληνικής Επανάστασης. Επί της οδού Αγ. Γεωργίου, του κυρίου δηλαδή οδικού άξονα του οικισμού, που ξεκινά από την πλατεία και με ελιγμούς καταλήγει στο επιθαλάσσιο τείχος, διατηρούνται δύο μουσουλμανικά τεμένη: πρώτο συναντάται το Χαμηδιέ τζαμί, κτίσμα του 1892, και στη συνέχεια το Εσκί τζαμί, που έχει μετατραπεί σε εκκλησία, τον ναό του Αγ. Γεωργίου. Στη Β.Δ. γωνία του επιθαλασσίου τείχους σώζεται ερειπωμένο συγκρότημα λουτρών (χαμάμ). Στο μέσον περίπου της ευθύγραμμης πορείας του επιθαλασσίου και σε μικρή απόσταση από αυτό σώζεται η μεσαιωνική δεξαμενή του Κάστρου, η λεγόμενη “Κρύα Βρύση”. Ο ψηλός πεταλόσχημος πύργος που υψώνεται στη συνέχεια της διαδρομής ελεύθερος από όλες τις πλευρές, ο Κουλάς, κτίσθηκε επί της Γενουατοκρατίας και είχε άγνωστη προς το παρόν επακριβώς χρήση. Εντυπωσιακή είναι η χρήση του αρχαιότερου οικοδομικού υλικού, που έχει εντοιχισθεί στην τοιχοποίια του. Το “Καρνάγιο”, επίμηκες κτήριο κοντά στον Κουλά, είναι κτήριο επίσης των χρόνων της Γενουατοκρατίας, με άγνωστη αρχικά χρήση. Ο ναΐσκος του Αγ. Νικολάου κατασκευάσθηκε στους νεώτερους χρόνους σε επαφή με το επιλιμένιο τείχος στη θέση αρχαιότερου ναού, όπως αποκαλύφθηκε σε ανασκαφική έρευνα.