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Le Château Vieux, le Château Neuf et la Citadelle font partie des ouvrages les plus représentatifs du système de fortifications, la « ceinture de fer », érigé par Vauban.

A l’époque romaine, la ville de Bayonne détient une vocation militaire et défensive. Le Château-Vieux est construit en bordure du site d'un castrum romain qui abrite la garnison et l'administration de la région nommée « Lapurdum », dont les vestiges subsistent encore aujourd’hui autour de la cathédrale Sainte-Marie de Bayonne. 

À partir de la fin du XI^e siècle, les vicomtes de Labourd édifient une forteresse qui s'appuie sur trois tours romaines puissamment renforcées.

Elle prend le nom de Château-Vieux à la fin du XV^e siècle, après la construction d'un nouveau château, dit château-neuf, dans le quartier du Petit-Bayonne. Le Château Vieux, édifice carré, est bâti à l'angle intérieur nord de l'enceinte romaine, qui date du 2e siècle. Trois des tours romaines sont renforcées par des murs de placage. En 1619, Antoine de Gramont, gouverneur de Bayonne, renforçe le château du côté de la ville par un ouvrage quadrilatère. A l'ouest du château est construite une barbacane qui devint un boulevard en 1600, puis un bastion en 1680. Cette contregarde reçoit un corps de garde à l'intérieur en 1681-1683.

Au XVII^e siècle, sur les ordres de Vauban qui entreprend de fortifier la place, le château devient le point d'appui Nord-Ouest. Le Donjon est détruit, et on lui ajoute une avant-cour fortifiée. Le Château-Vieux est épargné par les modifications apportées plus tard au système de fortifications de Vauban. Ce dernier construit ou consolide également les bâtiments du Château Vieux, édifié depuis le XIème siècle.

La caserne du Château-Vieux est depuis toujours le siège des autorités militaires de la ville. La caserne du Château-Vieux, le Château Neuf et la citadelle de Bayonne sont actuellement occupés par le 1er Régiment Parachutiste d'Infanterie de Marine.