En 1512, Fadrique Álvarez de Toledo, Duque de Alba, al mando del ejército castellano, conquista Pamplona. La ciudad se somete a la obediencia del rey Fernando el Católico sin oponer resistencia. En nombre del rey, el duque promete a los pamploneses que se les guardará sus fueros, privilegios y costumbres. En el mismo año, pocos meses después de la conquista castellana, un poderoso ejército franco-navarro de 15 000 hombres asedia Pamplona para intentar reconquistarla. Fracasan en su intento. Este ataque hizo ver la necesidad de mejorar las defensas de la ciudad: en 1513 se empieza a edificar la fortaleza de Santiago, un castillo artillero que incorpora los últimos avances defensivos.
El 19 de mayo de 1521, Pamplona capitula ante el ataque de un contingente francés de 12 000 hombres apoyado además por las tropas agramontesas. Íñigo de Loyola, gentilhombre del Duque de Nájera, es herido gravemente en la pierna derecha mientras colabora en la defensa del castillo. Los franceses demostrarán su abrumadora superioridad artillera rompiendo sus muros, lo que provoca la capitulación del ejército castellano. Las defensas de Pamplona, especialmente el castillo, quedan seriamente dañadas.
Al iniciarse la guerra en 1542 (Guerra Italiana 1542-1546), el emperador encarga al duque de Alba el reconocimiento de varias plazas, entre ellas la de Pamplona. Le acompaña el prestigioso ingeniero Luis Pizaño, figura eminente de las fortificaciones españolas. Como fruto de su visita se llevan a cabo las siguientes mejoras: se aumentan los bastiones y se les añaden casamatas para albergar más piezas de artillería; se derriban las antiguas torres medievales; se abren cañoneras y se levantan parapetos. Los muros se construyen en talud y se hacen más gruesos, se cierran puertas y se derriban padrastros o puntos dominantes que perjudicaban a la fortificación.
A pesar de las mejoras, el ingeniero Juan Bautista Antonelli emite en 1569 un informe muy negativo sobre las posibilidades defensivas de Pamplona. Es preciso ejecutar un “muy principal castillo”. Felipe II, atendiendo al informe de Antonelli, encarga el diseño al ingeniero más prestigioso de la época, Giacomo Palearo, el Fratín. En 1571 están listas las trazas del nuevo castillo renacentista: la Ciudadela. Las obras durarían más de 30 años.
A finales de 1588, está en Pamplona Tiburcio Spannocchi, uno de los grandes expertos de Felipe II en materia de fortificaciones. Propone mejoras, tanto en la Ciudadela como en el recinto amurallado, que plasma en una maqueta. El rey Felipe II y su hijo, el príncipe Felipe, visitan Pamplona en 1592 para jurar los Fueros del Reino y, además, para observar personalmente el estado de las obras de la Ciudadela. Su impresión es altamente positiva. En 1601 Spannocchi es nombrado por Felipe III Ingeniero Mayor de los Reinos de España y queda al cargo de la superintendencia y supervisión de todas las fortificaciones de la metrópoli y ultramar.
Si bien se dan por terminadas las obras de la Ciudadela en 1645, al finalizarse las cinco medialunas exteriores, se seguirán perfeccionando las defensas a lo largo de los siglos XVII y XVIII. Poco después de 1645, por ejemplo, las medialunas son consideradas demasiado pequeñas y carecen, además, de revestimiento, por lo que se propone ampliarlas y encamisarlas (forrarlas exteriormente) con sillares de piedra.
Por otro lado, la guarnición en el interior de la Ciudadela es insuficiente. El 23 de abril de 1646 llega a Pamplona el rey Felipe IV con el príncipe Baltasar Carlos. De esa visita queda el famoso cuadro de Martínez del Mazo en el que aparece la comitiva parada delante de la puerta principal de la Ciudadela. El mayor cambio que sufre la Ciudadela posteriormente a su construcción es la creación de dos contraguardias del lado de la campaña: la de Santa Clara y la de Santa Isabel. Ejecutadas poco después, la aportación es obra del ingeniero Esteban Escudero, cuyo informe data de 1685. En estas defensas está labrado el escudo del virrey Don Enrique Benavides.
El año de 1726 marca un hito importantísimo en la historia de las fortificaciones de Pamplona: el ingeniero militar Jorge Próspero de Verboom entregará un proyecto general para la Ciudadela y para la Plaza (el recinto de la ciudad) que se seguirá a lo largo de todo el siglo XVIII.
Verboom, discípulo de Vauban (ingeniero francés que llevó la fortificación bastionada del siglo XVII a su máxima perfección), crea un doble recinto de fortificaciones en las partes más expuestas mediante obras avanzadas que podían defenderse desde el recinto principal y se flanqueaban mutuamente. Su objetivo: retrasar los ataques del sitiador. Con su proyecto, además, consigue un equilibrio entre la importancia estratégica de la plaza, los medios económicos de los que se disponía y la guarnición necesaria para defenderla. Así nacen los fortines exteriores de San Bartolomé, de San Roque y el del Príncipe, de los cuales hoy en día solo se conserva el primero.
Entre finales del siglo XIX y principios del XX se llevan a cabo las modificaciones que otorgan a Pamplona a su configuración actual: se ejecutan los dos ensanches. Para paliar el hacinamiento y la falta de higiene de la Pamplona amurallada, esta debe crecer más allá del recinto fortificado.
En 1888 se procede a la demolición de dos baluartes de la Ciudadela (los de la Victoria y San Antón), además del revellín situado entre ellos. Se edifica el Primer Ensanche, con viviendas burguesas de estilo modernista y ecléctico. Desde 1918 hasta 1921 se lleva a cabo el derribo iniciado de forma simbólica en 1915: se elimina todo el frente sur desde la Ciudadela hasta el Baluarte de Labrit. Su desaparición hizo posible el trazado y construcción del Segundo Ensanche.
En 1964 la Ciudadela fue cedida por el Ejército al Ayuntamiento de Pamplona. El acto oficial de su cesión tuvo lugar en 1966. A partir de esta fecha, se inició una etapa de recuperación y restauración de la fortaleza. Gracias a estos trabajos, la Ciudadela de Pamplona fue declarada Monumento Histórico Artístico de carácter Nacional en 1973.
Ya en el siglo XXI, el Ayuntamiento de Pamplona, con apoyo de la Institución Príncipe de Viana del Gobierno de Navarra y el Ministerio de Cultura del Gobierno de España, promovió un ambicioso plan para la restauración y conservación de sus fortificaciones.
A partir de 2005, se llevaron a cabo diferentes actuaciones tanto de restauración y conservación como de accesibilidad y movilidad. Entre las numerosas obras que se han realizado en estos años destaca la construcción de una nueva Estación de Autobuses subterránea que fue inaugurada en 2007; un hito urbanístico al suponer la unión de modernidad y tradición puesto que, gracias a su ejecución, volvió a ver la luz el revellín de Santa Lucía, que estaba enterrado, y se recuperó como zona verde gran parte del glacis de la Ciudadela que, hasta entonces, había sido ocupado por un aparcamiento de vehículos en superficie asfaltada.
En marzo de 2011 fue inaugurado el Centro de Interpretación de las Fortificaciones de Pamplona, ubicado en el restaurado fortín de San Bartolomé. Este mismo año terminaron las obras de restauración de los revellines de Santa Ana y Santa Isabel, además de la Puerta del Socorro, completándose de esta forma la rehabilitación de las defensas exteriores de la Ciudadela. Entre 2013 y 2014 fue restaurado el baluarte de Labrit, el más antiguo (junto al del Redín) de todo el recinto amurallado.
Por tanto, esta década ha sido fundamental para el recinto fortificado de Pamplona, pudiendo decirse que, en la actualidad, se encuentra restaurado en su práctica totalidad. Todo este esfuerzo por recuperar, restaurar, rehabilitar y llenar de vida y actividad el conjunto fortificado de Pamplona fue reconocido con un doble galardón en la edición 2012 de los Premios Unión Europea de Patrimonio Cultural – Premios Europa Nostra: premio en la categoría de conservación y premio especial del público.