Początek twierdzy ściśle wiąże się z wojną trzydziestoletnią (1618-1648). Namalowany w 1614 roku olejny obraz przedstawiający panoramę Kołobrzegu jest pierwszym widokiem miasta, ale miasta z umocnieniami średniowiecznymi: murem gotyckim, basztami i bramami. 

Podobną panoramę znamy z mapy pomorza autorstwa Eliharda Lubinusa z 1618 roku.

W ramach tzw. Kapitulacji we Franzburgu, na Pomorze Zachodnie wkroczyła armia cesarska w sile 8 pułków pod dowództwem generała Jana Jerzego Arnima (von Arnheim). 30 listopada do Kołobrzegu wkroczył pułk pod dowództwem ppłk. Fünfkircha, rozpoczynając okupację miasta. W 1628 roku inżynierowie cesarscy rozpoczęli realizację pierwszych nowożytnych fortyfikacji. Plan budowy zakładał pozostawienie, przynajmniej na razie, średniowiecznych murów obronnych, a prace fortyfikacyjne prowadzono na zewnątrz miasta. Przedmieście Lęborskie, Panewniki, Zielenin i Budzistowo zostały spalone. Z dymem puszczono 5 kościołów za murami: Świętych Janów, św. Jerzego, św. Jakuba, św. Gertrudy i św. Mikołaja. Do sypania rawelinów, słoniczołów i bastionów zmuszono mieszkańców miasta i chłopów z okolicznych wsi.

Jak pisze Hieronim Kroczyński, w pierwszym etapie fortyfikowania miasta nie widać szczególnej koncepcji, natomiast porozrzucane obiekty wydają się pochodzić od dwóch projektantów. Na miejscu średniowiecznej Bramy Kamiennej powstał bastion ze słoniczołem, a samą bramę przesunięto na oś ulicy Giełdowej. Po prawej stronie tego dzieła, na osi ulicy Bogusława X, zbudowano rawelin. Każda brama miejska została wzmocniona dziełem rogowym. Tych nieśmiałych w swej formie fortyfikacji było więcej. Ich chrzest bojowy nastąpił pod koniec 1630 roku, gdy pod miasto podeszły oddziały szwedzkie. Wojska cesarskie, w wyniku wystrzelania amunicji, musiały opuścić miasto.

Inżynierowie szwedzcy przystąpili do dalszego fortyfikowania miasta na bazie wieloboku bastionowego. Zachowany plan miasta autorstwa Eryka Dahlbergha z Archiwum Wojennego w Sztokholmie, dowodzi zrealizowanych zamierzeń fortecznych wzdłuż ulicy Dubois, a więc północne przedpole twierdzy, a także inne plany budowlane, z których część została zrealizowana. W 1646 roku przez Kołobrzeg przejeżdżał orszak Ludwiki Marii Gonzagi de Nevers, która 5 listopada 1645 roku została żoną polskiego króla Władysława IV. Jean le Laboureur, towarzysz królowej w podróży do Polski, zanotował: „Dnia 3 lutego orszak królowej dotarł do potężnie umocnionego Kołobrzegu, zniszczonego przez pożary i wojnę, słabo zamieszkałego, ale za to posiadającego bardzo liczną załogę szwedzką”. Jaki widok stanął przed oczami polskiej królowej wiemy i my, bowiem zachował się widok Kołobrzegu z połowy XVII wieku według rysunku szwedzkiego oficera, kartografa i architekta Eryka Jönsona Dahlberga (1625-1703). Rysunek znajduje się w dziele „Topographia Electoratus Branderburgici et Ducatus Pomeraniae” Mateusza Meriana Młodszego. Widoczne jest miasto otoczone murami średniowiecznymi i nowoczesnymi fortyfikacjami ziemnymi.

W 1653 roku Kołobrzeg przypadł Brandenburgii, a wielki elektor Fryderyk Wilhelm, wobec poczynionych inwestycji fortyfikacyjnych przez Szwedów, które jak na owe czasy były niezwykle nowoczesne i przydatne w obronie, nadał Kołobrzegowi status twierdzy. Inżynierowie cesarscy rozpoczęli dalsze fortyfikowanie Kołobrzegu i budowę niezbędnej infrastruktury wojskowej według myśli szkoły niderlandzkiej. Rozpoczęto rozbiórkę fortyfikacji średniowiecznych, gdyż stały się bezużyteczne, a z pozyskanego w ten sposób budulca wznoszono nowe obiekty. Jeden ze średniowiecznych obiektów poczynił duże szkody w mieście. Mowa o Baszcie Prochowej w okolicach ulicy Katedralnej i Rzecznej. 3 maja 1657 roku uderzył w nią piorun. Obiekt, w którym znajdowały się 82 cetnary prochu eksplodował, niszcząc okoliczne budynki i uszkadzając południową wieżę kolegiaty.

Prace fortyfikacyjne w mieście trwały kilkadziesiąt lat. Na początku XVIII wieku ostateczny kształt Twierdzy Kołobrzeg był już gotowy. Poszczególne fortyfikacje główne otrzymały swoje nazwy. Zaczynając od mostu na Parsęcie i idąc w kierunku północnym – stan na 1865 rok:
1. Batardeau
2. Bastion Magdeburg
3. Bastion Pommern (Pomorze)
4. Luneta Lauenburg - prawa(Lębork)
5. Ravelin Lauenburg (Lębork)
6. Luneta Lauenburg – lewa (Lębork)
7. Bastion Neumark (Nowa Marchia)
8. Luneta Bütow - prawa (Bytów)
9. Ravelin Bütow (Bytów)
10. Tambour Bütow (Bytów)
11. Luneta Bütow - lewa (Bytów)
12. Bastion Preussen (Prusy)
13. Luneta Münde (Ujście)
14. Contregarda Münde (Ujście)
15. Ravelin Münde (Ujście)
16. Tambour Münde (Ujście)
17. Bastion Halberstadt
18. Contregarda Halberstadt

Na Wyspie Solnej:
19. Reduta Geldern
20. Redan Geldern II
21. Tete de pont
22. Redan Geldern I
23. Cavaliera Geldern
24. Bastion Geldern II
25. Bastion Geldern I
26. Luneta podmiejska Geldern
27. Bastion Cleve

Na Parsęcie, u zbiegu ulic Kamiennej i Budowlanej, powstało Batardeau, czyli grodza, pełniące funkcję grodzy na rzece ze stawidłami, dzięki czemu zalewano przedpole twierdzy, a także napełniano kanały forteczne, stałego mostu na rzece, a także fortyfikacji, która umożliwiała prowadzenie ognia wzdłuż rzeki. Swoje nazwy otrzymały również bramy miejskie – od znajdujących się obok nich fortyfikacji. I tak, Brama Ujście znajdowała się na osi ul. Armii Krajowej, Brama Lęborska na osi ulicy Bogusława X, a Brama Radzikowska – powstała w 1708 roku - na osi ul. Narutowicza przy ul. Szpitalnej.

W czasie wojny siedmioletniej, podczas trzech oblężeń Twierdzy Kołobrzeg (1758, 1760, 1761), oblegający zbyt łatwo poradzili sobie z atakiem od strony północnej i północno-zachodniej, zdobywając port i przedmieścia, a więc z jednej strony odcinając twierdzę od morza, a z drugiej strony niebezpiecznie blisko zbliżając się do fortyfikacji głównych. Pruscy fortyfikatorzy szybko wyciągnęli z tego wnioski i w latach 1770-1774 przystąpiono do rozbudowy twierdzy. U ujścia Parsęty do Bałtyku powstał Fort Ujście. W widłach Parsęty i Kanału Drzewnego, gdzie obecnie znajduje się Port Jachtowy, powstała Reduta Bagienna. Zwrócono także uwagę na fortyfikacje główne. Z lewej strony Parsęty półbastion Geldern II uzyskał formę bastionu. Od tej strony w kierunku północnym powstał ciąg redanowy z Redutą Geldern. Z lewej strony Kanału Drzewnego zbudowano przyczółek mostowy (Tête du Pont). Powiększono Bastion Magdeburg. Powstały również dwa dzieła typu polowego, również na osłabionych kierunkach: w okolicy ulic Pomorskiej i Solnej Szaniec Kościelny – przy ówczesnym kościele św. Mikołaja, a rejonie obecnych ulic Norwida i Grottgera – Szaniec Ceglany.

Pod koniec 1806 roku twierdza rozpoczęła przygotowania do kolejnego oblężenia. Na Wilczej Górze (obecny amfiteatr), rozpoczęto budowę Fortu Wilczego.

W 1832 roku Miejskie Towarzystwo Upiększania, które kilka lat później przekształciło się w spółkę akcyjną, a później przyjęło nazwę Towarzystwa Kąpielowego w Kołobrzegu. Jego członkowie postulowali rozwój i rozbudowę miasta w kierunku uzdrowiskowym. Przeszkodą w wielu inwestycjach był status miasta-twierdzy. Co więcej, w latach 1832-36 przeprowadzono kolejną modernizację fortyfikacji. Ulepszono Fort Ujście, który wzmocniono budową po drugiej strony rzeki Szańca Heydego i poprawą Szańca Kleista. Z lewej strony Kanału Drzewnego w sąsiedztwie Reduty Bagiennej i tężni solankowych, powstała Reduta Solna. Nieco przebudowano Fort Wilczy, wokół którego fosę wypełniono wodą. Od fortu, nieco dalej na północ zbudowano Szaniec Kamienny. Idei budowy tej fortyfikacji należy upatrywać w krwawych walkach o Fort Wilczy w 1807 roku i chęci zwiększenia kontroli artylerii w tej części Kołobrzegu. Wykonano jeszcze kilka innych pomniejszych dzieł, w tym podobnie jak podczas poprzedniej modernizacji twierdzy, powstało kilka lunet. Jak pisze Hieronim Kroczyński, przeprowadzono również niewielkie ulepszenia fortyfikacji głównych.

Do połowy XIX wieku prowadzono konserwację fortyfikacji. Ostatnie planowe prace wykonano w 1853 roku. Za to w Kołobrzegu powstawało coraz więcej zakładów kąpielowych i infrastruktury uzdrowiskowej. W 1863 roku zawarto porozumienie pomiędzy komendantem twierdzy a władzami Kołobrzegu na zagospodarowanie pasa wybrzeża. Miasto chciało się rozwijać, a wojskowi widzieli w twierdzy jedynie aspekt militarny. Udało się jednak uzgodnić przebieg obecnej ulicy Rodziewiczówny, zasadzono także Park Nadmorski, ale pod warunkiem, że w przypadku ogłoszenia wojny, drzewa zostaną wycięte.

Nowa sytuacja polityczna po zjednoczeniu Niemiec i uzdrowiskowe dążenia Kołobrzegu spowodowały podjęcie decyzji o likwidacji twierdzy. Informuje o tym art. VI ustawy Rzeszy z 30 maja 1873 roku. Kołobrzeg do 1887 roku był jeszcze twierdzą morską. Po tym czasie tereny forteczne przeszły na własność miasta.

Od 1873 roku rozpoczęto zasypywać rowy forteczne i niwelować wzniesione wały. Na miejscu fortyfikacji głównych wytyczono nowe ulice i place. Cały proces trwał około 30 lat. Obiekty fortyfikacyjne pozostawiono na obrzeżach miasto jako atrakcję. Zaczęły one pełnić funkcję gastronomiczną i rozrywkową. Większość z nich przetrwała po dziś dzień.

Kołobrzeg w 1614 roku. Zdjęcie obrazu olejnego autorstwa Johanna Wolfarta, który do 1945 r. znajdował się w ratuszu. Obecnie zaginiony.
Szkic z pierwszymi fortyfikacjami nowożytnymi Kołobrzegu. © Urząd Miasta Kołobrzeg, H. Kroczyński.
Panorama twierdzy z połowy XVII wieku - tzw. sztych Meriana.
Plan Twierdzy Kołobrzeg z 1687 r. © Urząd Miasta Kołobrzeg, H. Kroczyński.
Plan Twierdzy Kołobrzeg w XX-wiecznej architekturze miasta. Rysunek Otto Rubowa.
Plan miasta i twierdzy z książki Johanna Friedricha Wachsena "Historisch diplomatische Geschichte der Altstadt Colberg" z 1767 roku.
Twierdza Kołobrzeg - widok od północnego wschodu z 1848 r.
Widok na relikty twierdzy od strony północnej - Bastion Prusy. Rysunek Otto Rubowa.