Замок окружали широкие (60-100 м) и глубокие (более 25 м) овраги и кольцевой вал, высотой с восточной и южной сторон 6-7 м, шириной в основании 15-18 м. На вершине стояли срубные оборонительные конструкции — городни, многоярусная башня и въездная брама. Периметр замковых укреплений превышал 800 м. Высокий мост на палях соединял замок с городом[1].
На самом высоком холме замка, где раньше проходила улица, возвышалась деревянная восьмиугольная башня-донжон диаметром 14-15 м, построенная в XIV—XV в. В нижнем ярусе башни располагался храм[1]. Донжон в Мстиславле является уникальным и пока единственным во всей Восточной Европы деревянным оборонительным сооружением башенного типа. Под башней-донжоном, построенной из еловых бревен, скрыта дубовая оборонительная постройка середины XIII в., которая состояла из трёхстенных срубов.
Во время русско-польской войны 1654-1667 в июле 1654 г. русские войска окружили Мстислав и замок. В результате 4 штурмов 22 июля замок был взят и сожжен, a большинство защитников убито. Стратегическая важность Мстиславского замка способствовала его быстрому восстановлению. В 1660 по приказу царя Мстиславский замок снова сожжен, a 46 его защитников сосланы в Ярославль. В 1676 сейм Речи Посполитой принял решение восстановить замок. Во время Северной войны Мстиславский замок взорван в августе 1708 отступающей армией Петра I. Восстановлен, существовал до 1772 года (год присоединения Мстислава к Российской империи)[1].