El castillo fue construido originalmente por los pisanos en el siglo XIII y entonces se llamaba "Cassero pisano", con su sólida mole casi cúbica. Fue retocado por Leonardo da Vinci cuando se ocupó de reordenamiento de las defensas de la ciudad. Con la llegada de las armas de fuego, se le dotó de bastiones estrellados entre 1552 y 1557, tiempos de Cosme I de Médici, quien encargó su construcción a Giovanni Battista Belluzzi. Entonces se le dio el nombre de "Fortezza Medicea".

El castillo fue restaurado y sometido a excavaciones arqueológicas entre 1999 y 2001, según un proyecto del arquitecto Piero Ostilio Rossi.

Actualmente alberga el museo del castillo y de la ciudad de Piombino, que reconstruye la historia del edificio en el contexto de los acontecimientos de la ciudad. Se exponen algunos de los objetos del siglo XIII hallados durante las excavaciones: en la planta baja, una serie de utensilios como platos, hebillas, jarras, lámparas, monedas, placas de armadura, puntas de flecha y balas de plomo; en la segunda planta se ilustra la historia de Piombino durante la Resistencia italiana y en el siglo XX.

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  Un bastión del oeste
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  Cassero
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  Escudo de los Appiani
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  Edificio central

• Toscana. Guida d'Italia (Guida rossa), Touring Club Italiano, Milano 2003.
• Ivano Tognarini e Mario Bucci, Piombino. Città e Stato dell'Italia moderna nella storia e nell'arte, Piombino, Acciaierie di Piombino, 1978

• Castello di Piombino – Piombino, LI
• I luoghi della Ricerca: Castello di Piombino, Portal de arqueología medieval, Università di Siena.