El actual término municipal de Buñol registra rastros de poblamiento paleolítico y prerromano, pero la primera constancia de un castillo o fortificación en Buñol nos la proporciona la documentación de los conquistadores catalano-aragoneses del siglo XIII aunque no podamos asegurar que dicha fortificación se encontrase en el actual emplazamiento.
La documentación posterior a la conquista y las recientes excavaciones permiten asegurar que en el siglo XIII había una importante población musulmana en alquerías dispersas y además, seguramente, en una "medina" o ciudad que podemos identificar con el actual Buñol.
Los edificios góticos que ahora podemos contemplar corresponden al periodo medieval y probablemente debemos relacionarlos con el dominio de los Condes de Urgell sin que podamos descartar elementos constructivos anteriores, es decir del siglo XIII.

Asentado sobre dos macizos rocosos domina la ciudad y toda la Hoya de Buñol, y se extiende de noroeste a sureste ocupando aproximadamente 400 metros de longitud. Su importancia estratégica se basaba en estar en la antigua frontera entre Castilla y Valencia.
La construcción ocupa el centro de la población y está formado por dos recintos situados sobre una cresta rocosa entre la fosa del río de Buñol y el barranco de Borrunes, separados por fosos artificiales que se salvan mediante puentes defendidos por torres que hacen la función de puertas. Un primer foso separa el recinto militar de la zona de las Ventas, desde la que de otro modo podría accederse a pie llano. El segundo foso aísla la zona residencial, reforzando su posición defensiva.

El primer recinto es un polígono formado por un lienzo recto, flanqueado por dos torres en los ángulos y una torre central de acceso que defiende la puerta, y una muralla que corona los escarpes de la peña. Queda así defendido un espacio amplio y llano, la antigua plaza de armas, cuyo recinto fortificado se hallaba dotado de un cuerpo de ronda perforado por saeteras. Actualmente este espacio está ocupado por modestas viviendas adosadas a las murallas, que enmascaran de manera eficiente el carácter militar del sitio. Estas viviendas son, en todo caso, posteriores a 1845.
En el centro del castillo, se encuentra la torre denominada 'del Homenaje', la más destacada del conjunto, domina el puente y foso, sirviendo de comunicación a su través al segundo recinto del castillo (recinto sur). La forma y disposición del paso, es una simple mina perforada en el núcleo macizo de la torre. A la única habitación se accedía por una puerta desde las plantas altas del palacio gótico hoy desaparecidas.
El recinto sur, alberga las instalaciones residenciales de la fortaleza. Se conserva parte del palacio gótico -la sala del Oscurico-, es una sala rectangular, adosada por uno de sus lados a la cara oeste de la torre del Homenaje. Al parecer originariamente estaba dividida en dos pisos pero hoy es una sola nave restaurada que alberga exposiciones y acontecimientos culturales y el único vestigio de la antigüedad del recinto son los arcos de sillerías ojivales que lo recorren por su interior.

La antigua dependencia palacial de los condes es la estructura de la fachada sur, adosada por su cabecera al frente oriental de la muralla.
Y la Iglesia del Salvador, que hoy alberga el Museo Arqueológico, debió ser construida como la mayoría de las dependencias que conocemos, entre la segunda mitad del s.XIII y la primera mitad del s.XIV. Hoy la bóveda aparece desprovista del revoque y de las yeserías que debió tener. Es una nave con bóveda de medio punto, lunetos y dos arcos fajones que la dividen en tres tramos.
Los tres edificios flanquean una plaza triangular por la que desciende la calle del Castillo.

Este recinto sur conserva también algunas casas todavía habitadas. La calle del Castillo se resuelve en una empinada cuesta que permite el acceso hacia el barrio antiguo del pueblo, la calle de Mallorquines, después de atravesar la puerta fortificada denominada 'la Torreta'. Es el acceso que la fortaleza tiene por su parte meridional. Está compuesto por una escalinata en eje acodado y la torre se sitúa en la cota más baja del castillo.
La arquitectura del castillo es relativamente unitaria y de buena factura. Combina repetidamente los lienzos de tapial y de fábrica de sillería, lo que unido a las continuas reformas y ocupaciones hace difícil la ordenación cronológica de los distintos elementos y fases constructivas. Al mismo tiempo, el carácter de residencia señorial, primero, y la intensa ocupación de que fue objeto desde su emancipación, han contribuido a mantener y enriquecer su sobria imagen.