La forteresse intégra la plus ancienne tour circulaire, construite en 1423-24 par le pape Martin V Colonna, qui devint le Château de Jules II à Rome.
Dans la citadelle se trouvait la douane pontificale, qui régulait le paiement des taxes pour les marchandises arrivant à Rome par voie maritime. Monté sur le trône pontifical, Jules II (1503-1513) ordonna d’importantes transformations : un véritable appartement papal fut construit sur le côté ouest de la cour, en restructurant certains espaces d’époque borgienne. Les trois étages du bâtiment furent reliés par un escalier monumental, décoré de fresques, attribuées selon des études récentes à Baldassare Peruzzi avec quelques collaborateurs dont le Lombard Cesare da Sesto.
À la fin du conflit entre la France et l’Espagne, la citadelle d’Ostie subit en 1556 un siège célèbre de la part des Espagnols, qui causa de nombreux dégâts à la structure. L’année suivante, en 1557, suite à une crue spectaculaire, le Tibre changea son cours en s’éloignant pour suivre un nouveau tracé, conservé encore aujourd’hui. Cela entraîna le transfert de la douane pontificale d’abord à Tor Boacciana puis à Tor S. Michele.
Au XVIIIe siècle, le château fut utilisé comme grange puis, au siècle suivant, devint une prison pour les forçats employés comme main-d’œuvre dans les fouilles de l’ancienne Ostie. Après plusieurs restaurations au cours du XXe siècle, une nouvelle muséographie fut réalisée en 2003 dans certaines salles des appartements papaux et du donjon, exposant la partie la plus significative de la collection de céramiques tardomédiévales et de la Renaissance, provenant des fouilles menées le siècle dernier à l’intérieur du château et du bourg.
