La fortezza fu iniziata nel 1508 e completata nel 1537 sotto il pontificato di Paolo III, con la direzione di Antonio da Sangallo il Giovane. Una tradizione locale priva di riscontri vorrebbe che il maschio, ossia il torrione principale della fortezza, sia stato progettato da Michelangelo Buonarroti, da cui il nome di Forte Michelangelo.

Il forte, di imponenti dimensioni, ha la forma di un quadrilatero (la cui pianta misura circa 100 x 120 metri) con quattro torrioni angolari e il Maschio di forma ottagonale. Su uno dei torrioni, quello di levante, è presente il simbolo appartenente allo stemma di papa Giulio II (che fece edificare questa fortezza) ovvero un albero di rovere; sta a simboleggiare il luogo in corrispondenza del quale Giulio II, il 14 dicembre 1508, benedisse e murò la pietra angolare. I bastioni sono così chiamati: San Paolo,San Pietro, San Romolo e San Giulio. Secondo i punti cardinali sono San Paolo a sud-est, San Pietro a sud-ovest, San Romolo a nord-ovest e San Giulio a nord-est. Secondo alcuni testi sono noti anche come San Colombano, Santa Ferma, San Sebastiano e San Giovanni.