Les fortifications médiévales de Fontarabie se multiplièrent à mesure qu'en augmentaient la population et l'importance stratégique. Les rois catholiques réalisèrent de notables ouvrages d'amélioration et d'agrandissement qui durent être réparés suite à diverses périodes troublées. Charles Quint entreprit à son tour la rénovation des fortifications. Dans la seconde moitié du XVIe, celles-ci connurent l'intervention des ingénieurs El Fratín et Tiburcio Spanocchi.
Fontarabie fut entourée d'une fortification moderne au plan irrégulier (pentagonal à grands traits), dominée vers l'ouest par des collines et baignée par la mer pour le reste des orientations. Suivant le sens des aiguilles d'une montre, on voyait s'élever les bastions de San Felipe (dont il est conservé quelques vestiges), de la Reine et de Leiba, le cubo de la Magdalena (sans vestiges visibles), la Tour de la Munition Vieille (sans vestiges), le Bastion de Saint-Jacques (à moitié en ruine) et la petite Tour de Bamba (supprimée en 1729). Entre le bastion de San Felipe et le cubo de la Magdalena s'étendaient de grosses murailles, intérieurement parcourues sur certaines sections par des tunnels et des contre-mines. Ces dernières sont des passages intérieurs voûtés dont la fonction était d'empêcher que les assiégeants ne pussent réaliser des galeries souterraines (mines) pour pénétrer à l'intérieur de l'enceinte ou placer des charges explosives.
La section de muraille comprise entre la Tour de la munition Vieille et le Cubo de la Magdalena constituait le maillon le plus faible de la fortification, dans la mesure où la mer offrait une protection naturelle.
La Place compte deux portes principales, dites de Santa María et de San Nicolás. Proche du bastion de San Felipe, la première permet d'accéder à l'intérieur de l'enceinte fortifiée par la rue Mayor. La seconde est située entre les bastions de la Reine et de Leiba. Face à cette dernière, il a été construit un ravelin (de San Nicolás) et un autre (de Guevara ou de la Magdalena) entre le bastion de Leiba et le cubo de la Magdalena, qui furent pratiquement rasés pendant le siège français de 1719.
Le secteur occidental (vers le terre ferme) fut ceinturé par un fossé (qui entourait également les ravelins), un chemin couvert (doté de quelques places d'armes et traverses) et le glacis vers la campagne.