La ville fut fortifiée au cours de la 2e moitié du 12e siècle, à la suite de l'autorisation accordée par l'évêque de Langres en 1168 : deux enceintes indépendantes furent alors construites, l'une autour du quartier de Chaumont (au nord de la Seine) , l'autre autour du quartier du Bourg (au sud de la Seine) .

Sur l'île qui les séparait se développa un nouveau quartier, dit de la rue des Ponts, qui à son tour fut fortifié lors des guerres de Religion (délibération des habitants des 24 et 25 juin 1586) : cette nouvelle enceinte rejoignait les deux autres.

Au 17e siècle, eurent lieu des remaniements et la construction de bastions.

De cet ensemble progressivement démantelé après la Révolution, ne subsistent que quelques vestiges :
- un ouvrage d'entrée dit Porte Dijonnaise (quartier du Bourg) qui donnait accès à la route de Dijon dont le tracé différait du tracé actuel, inscrite MH le 21/11/1925, mais partiellement détruite en juin 1940, puis restaurée après la guerre (propriété privée)

-un ouvrage d'entrée dit Porte Saint-Antoine (quartier de Chaumont) dont les travaux de démolition furent mis en adjudication le 17 avril 1834 et dont ne subsiste qu'un pan de mur portant une niche qui abritait une statue de saint Antoine (détruite en 1884)

- une tour ronde dite Tour Saint-Christophe ou Tour Royale (quartier du Bourg) , édifiée au 17e siècle (propriété privée)

- un bastion dit Tour de Cérilly construit en 1626 et 1627, transformé vers 1790 en habitation et orangerie (propriété privée)

- un bastion dit du Petit Haut, avec échauguette sur l'angle (inscrit MH le 3/12/1925) , portant la date 1671 (propriété privée)

- une échauguette édifiée au 17e siècle à proximité de la Porte Dijonnaise (quartier du Bourg) , visible à l'extrémité sud de la rue du Bourg-à-Mont

- des restes de bastions dans des propriétés de la rue Marmont (quartier de Chaumont)

- un bastion avec échauguette à l'angle du clos Lanson (quartier du Bourg)

- une tour en fer-à-cheval dans le parc du château Marmont (quartier de Chaumont) .

La Porte de Roche, connue grâce à une carte postale du début du siècle, fut détruite lors du bombardement de la ville en 1940.