Osmanlı kale mimarisinin en görkemli eserlerinden olan Kilitbahir Kalesini Fatih Sultan Mehmet 1462 yılında yaptırmıştır. Kilitbahir Kalesi, deniz kilidi anlamına gelen bir sözcüktür. Bu kalenin yapımından sonra boğazın aşağı kesiminde yeni kaleler yapıldığından ötürü de Kilitbahir’e Eski Hisarlar ismi verilmiştir. Karşısındaki Kale-i Sultaniye ile arasındaki uzaklık 1.200-1.250 m.dir.

Çanakkale Boğazı’nın kontrolü için yaptırılmış, daha sonra genişletilmiş ve buraya kulelerle tabyalar eklenmiştir. Bunların başında Sarıkule, Mecidiye ve Namazgah tabyaları gelmektedir. Ayrıca Kanuni Sultan Süleyman da 1551’de buraya giriş kapısı kulesi ile yeni bir sur daha eklemiştir. Kilitbahir Kalesinin çevresi bir taraftan deniz, diğer taraftan da geniş ve derin hendeklerle korunmaktadır.

Kalenin hiçbir yerde karşılaşılmayan kendine özgü bir planı vardır. Ancak, nedense surların duvar kalınlıkları Çanakkale’deki diğer kalelerle ölçülemeyecek kadar zayıf tutulmuştur. Buna karşılık yonca planı şeklindeki üç avlulu iç kale çok daha kuvvetli, korunaklı bir yapıya sahiptir. İç kale yedi katlı olup, her katta değişik sayıda ve ölçüde hücreler bulunmaktadır. Duvarları oldukça düzgün moloz taşlardan yapılmış ve kalenin her yüzüne de pencere ve mazgallar açılmıştır.

Kanuni Sultan Süleyman zamanında yapılan köşe kulesi oldukça iri kesme taşlardan yapılmış olup, üç kattan meydana gelmiştir. Üzeri kubbe ile örtülüdür. Giriş kapısı üzerine de bir yazıt konulmuştur. Ayrıca bu girişin kuzeyine 1893-1894 yıllarında kesme taştan mazgalsız bir de koruma duvarı eklenmiştir. Bu duvarın arasında da yer yer tuğla ve mermer parçalarına rastlanmaktadır.