El origen del propio edificio plantea el primer problema. Según las crónicas fue mandado construir por Alfonso II de Asturias, aunque los estudios realizados por diferentes historiadores afirman que probablemente estaría realizado por Fernando I de León. Por tanto, el edificio dataría de mediados del siglo XI. En cualquier caso, de esta época quedan muy pocos restos.
Asentado sobre roca y adaptado de forma natural a la plataforma irregular del terreno, cuenta con inmejorables condiciones al ser la cota más alta del cerro.
El Castillo de Zamora vivió una época de gran esplendor en la Edad Media, sufriendo una importante transformación en el siglo XVIII para convertirlo en un fortín artillero y adaptarlo, así, a los nuevos métodos de ataque y defensa de las ciudades, la artillería.
El castillo de Zamora tiene una planta con forma de rombo. En ella destacan tres torres (dos con cinco puntas y una con siete). Todo el edificio está flanqueado por un foso de gran profundidad, que a su vez le da seguridad el gran grosor de los muros -más de dos metros de media-. Para acceder a él hay un puente que antaño era levadizo y que va a parar a una puerta con un arco apuntado.
Destaca la torre del homenaje, la más alta, último reducto defensivo de la fortaleza. En las fases de recuperación se hallaron cinco torres más.
Tal y como se ha dicho antes, de la base original no quedan muchos vestigios. Además, tras las reformas acometidas por Felipe V buena parte de la estructura fue modificada, con la inclusión de un terraplén y algunos elementos más que lo adaptaban al contexto de la época.
Actualmente se conserva el perímetro del castillo, rodeado de un foso que se halla casi íntegro. Los muros de mayor importancia, el patio de armas y la torre del homenaje también han llegado hasta nuestros días.
El Decreto de 22/04/1949 lo declara bajo su protección, mientras que en la ley 16/1985 se le señala protegido por el Patrimonio Histórico Español.
Hoy en día es propiedad del Ministerio de Educación, Cultura y Deportes, que se encarga de su conservación.
La ciudad de Zamora lo utilizó para albergar la Escuela de Arte y Superior de Diseño de Zamora, y hasta el 2007 albergó la Escuela Oficial de Idiomas.
Después de cuatro años de obras, el pasado 2009 concluyeron los trabajos de recuperación y consolidación de las estructuras defensivas y El Castillo de Zamora pudo abrirse al público para su visita, con una imagen totalmente renovada tanto de la fortaleza como de los jardines colindantes. Integrado en el recinto defensivo, y formando parte de su conjunto y de su estructura, se ha instalado el espacio expositivo Baltasar Lobo, Castillo Centro de Arte, dedicado a la obra del escultor zamorano.