Fondée à l’époque gallo-romaine, la citadelle tire sa réputation de ses doubles murs d’enceinte de 3 kilomètres de long entrecoupés de 52 tours. La ville a environ 2 500 ans d’histoire et a été occupée à différents âges par les Romains, les Wisigoths et les Croisés. Au début de son histoire, c’était une colonie gauloise puis au 3ème siècle après JC, les Romains ont décidé de la transformer en une ville fortifiée. Les défenses romaines étaient en place en 333 après JC, lorsque la ville est décrite comme un castellum. Les murs d’origine étaient soutenus par entre 34 et 40 tours, espacées de 18 à 30 mètres le long du mur-rideau. Chaque tour était de plan semi-circulaire et d’environ 14 mètres de haut. Il y avait probablement 40 entrées principales de la ville.
Les remparts gallo-romains ont été reconstruits lors de l’occupation de la ville par les Wisigoths aux ve et vie siècles, mais la structure d’origine est restée en place.
Bernard Aton IV Trencavel, vicomte d’Albi, de Nîmes et de Béziers, introduit une période de prospérité pour la ville avec de nombreux projets de construction. Pendant cette période, une nouvelle secte connue sous le nom de catharisme a vu le jour en Languedoc. En 1096, le vicomte de Trencavel autorise la construction de la basilique de Saint-Nazaire avec la bénédiction du pape Urbain II. En 1107, les citoyens rejettent sa souveraineté et demandent à Ramon Berenguer III, comte de Barcelone, de le destituer. Cependant, avec l’aide de Bertrand, comte de Toulouse, Bernard Aton reprend le contrôle de la Cité. En 1120, il y eut une seconde révolte, mais Bernard Aton rétablit l’ordre quelques années plus tard. En 1130, il entreprend la construction d’un palais pour lui-même et la restauration des fortifications gallo-romaines. La Cité de Carcassonne a été entourée pour la première fois d’une fortification complète.
À cette époque, la ville comptait une population importante de trois à quatre mille habitants, y compris les habitants des deux établissements situés sous les murs de la Cité : le bourg Saint-Vincent au nord, et le bourg Saint-Michel au sud de la porte de Narbonne.
En 1208, le pape Innocent III appelle les barons du Nord à monter une croisade contre les Cathares, à commencer par la Croisade des Albigeois. Le comte de Toulouse, accusé d’hérésie, et son principal vassal, le vicomte de Trencavel, étaient la cible principale de cette attaque. Le 1er août 1209, la Cité est assiégée par les croisés. Raimond-Roger Trencavel se rend rapidement le 15 août en échange de la vie des citoyens. La ville autour de la Cité a été détruite et les citoyens chassés. Le vicomte mourut de dysenterie dans son propre château le 10 novembre 1209.
Ses terres sont données à Simon de Montfort, le chef des croisés. Lorsqu’il meurt en 1218 au siège de Toulouse, son fils, Amaury de Montfort, prend possession de la Cité, mais ne peut l’entretenir. Il le cède à Louis VIII de France, mais Raymond VII de Toulouse et les comtes de Foix s’allient contre lui. En 1224, Raimond II Trencavel reprend la Cité. Cependant, Louis VIII lance une nouvelle croisade en 1226. Dès lors, la Cité devient un domaine royal. Une période de terreur s’ensuivit, avec de nombreux massacres et l’Inquisition.
Après 1226, une ligne supplémentaire de fortifications a été ajoutée à l’extérieur des murs romains. La ville fut finalement annexée au royaume de France en 1247 après J.-C. Elle constituait une forte frontière française entre la France et la Couronne d’Aragon. Pendant cette période, les murs romains intérieurs ont été en grande partie démolis et remplacés, tandis que les nouveaux murs extérieurs ont été renforcés et étendus au sud. Les nouvelles tours construites lors de ces travaux étaient principalement circulaires, mais deux étaient carrées. La construction s’est poursuivie sous le règne du roi Philippe IV au début du 14ème siècle.
En 1659, après le traité des Pyrénées, la province du Roussillon est devenue une partie de la France, et la ville a perdu son importance militaire. Les fortifications ont été abandonnées et la ville est devenue l’un des centres économiques de la France, se concentrant sur l’industrie textile de laine.
En 1849, le gouvernement français décida de démolir les fortifications de la ville. La population locale s’est fermement opposée à cette décision. Jean-Pierre Cros-Mayrevieille et Prosper Mérimée, éminent archéologue et historien, ont mené une campagne pour préserver la forteresse en tant que monument historique. Le gouvernement revint plus tard sur sa décision et, en 1853, les travaux de restauration commencèrent. L’architecte Eugène Viollet-le-Duc fut chargé de rénover la forteresse. Le travail de Viollet-le-Duc a été critiqué de son vivant comme inapproprié au climat et aux traditions de la région. Après sa mort en 1879, les travaux de restauration ont été poursuivis par son élève, Paul Boeswillwald, puis par l’architecte Nodet.
La citadelle a été restaurée à la fin du XIXe siècle et en 1997, elle a été ajoutée à la liste du Patrimoine mondial de l’UNESCO. Une image de la cité historique de Carcassonne figure sur l’emblème de l’équipe locale de rugby à xv, l’AS Carcassonne.