Na wzgórzu, gdzie teraz znajdują się fortyfikacje Carcassonne, jeszcze przed okresem panowania rzymskiego istniało grodzisko. Badania archeologiczne wskazują, że jego historia sięga VI wieku p.n.e., kiedy to zbudowano obwarowane oppidum na skalistym cyplu z widokiem na dolinę Aude i starożytne drogi łączące Ocean Atlantycki z basenem Morza Śródziemnego oraz Półwysep Iberyjski z resztą Europy. W I wieku p.n.e. osada nosiła miano Carcaso Volcarum Tectosagum, natomiast w 27 roku p.n.e. otrzymała łacińską nazwę Colonia Iulia Carcaso[1].

Podczas burzliwych lat końca III i początku IV wieku osadę wzmocniono przez budowę muru obronnego długiego na około 1200 m. Fortyfikacje składające się z dwóch linii murów i zamku – który sam został otoczony fortyfikacjami – rozciągają się na całkowitą długość 3 km. Ich długość w dużej mierze bierze się z rzymskich umocnień, które są wyraźnie widoczne na dwóch trzecich całkowitej długości konstrukcji. Ściany wzmocniono bastejami w kształcie podkowy w mniej więcej regularnych odstępach. Ściany cechuje charakterystyczny późnorzymski styl. Porte Narbonnaise po wschodniej stronie oraz Porte de l'Aude na zachodzie są szczególnie wyszukanymi dziełami obronnymi[1].

W V wieku miasto przeszło pod panowanie Wizygotów i było często celem ataków Franków. W 724 roku Carcassonne dostało się w ręce Arabów, którzy jednak już w 759 roku zostali wyparci przez Pepina Krótkiego. Jeszcze podczas panowania Wizygotów (w VI wieku) w Carcassonne założono biskupstwo. Jest bardzo prawdopodobne, że pierwotna katedra istniała w miejscu obecnej katedry romańskiej, której budowę rozpoczęto w czerwcu 1096 roku[1].

W XII stuleciu zbudowano zamek hrabiowski przyległy do murów rzymskich, który w 1226 roku został otoczony prostokątną obudową obronną. W XIII wieku miasto przybrało ostateczny wygląd średniowiecznej twierdzy. W roku 1209, po krótkotrwałym oblężeniu, z Carcassonne wygnano katarów. W 1262 roku wybuchł lokalny bunt przeciwko królowi, w wyniku którego większość mieszkańców musiała opuścić warownię. Pozwolono im się osiedlić po drugiej stronie rzeki, gdzie stworzyli nowe miasto, które w 1347 roku również otrzymało fortyfikacje[1].

Fortyfikacje sprawiły, że Carcassonne nie przeszło pod panowanie Anglików w czasie wojny stuletniej, nawet podczas najazdu Czarnego Księcia, którego piechota w roku 1355 zburzyła dolne miasto. Hugenoci wykonali dwie niespodziewane próby przejęcia miasta w 1575 oraz 1585 roku, ale za każdym razem bezskutecznie. Miasto pełniło role arsenału oraz magazynu w okresie ancien régime'u, a także później, w czasie wielkiej rewolucji. Carcassonne usunięto z listy twierdz wojskowych w 1804 roku, a następnie ponownie z listy twierdz drugiej klasy w 1820 roku[1].

W wyniku utraty strategicznego znaczenia fortyfikacje Carcassonne szybko ulegały niszczeniu. Okoliczni mieszkańcy zauważyli w nim wygodny kamieniołom – rozpoczęli demontaż jego mur i wież. Przerwanie tej rozbiórki zawdzięcza się miejscowym erudytom z Jean-Pierre Cros-Mayrevieille na czele. 31 lipca 1850 roku ówczesny inspektor do spraw zabytków, Prosper Mérimée, wydał dekret zakazujący dalszej rozbiórki. Rozpoczął też rozmowy z Ministerstwem Wojny, by zachować mury obronne. Pierwsze środki zostały przeznaczone na ten cel w 1852 roku[1].

Przygotowanie raportu na temat stanu fortyfikacji zlecono Eugène Viollet-le-Duc, który już w 1846 roku rozpoczął czynności konserwatorskie przy Porte Narbonnaise oraz Porte de l'Aude. Kontynuował pracę w Carcassonne aż do swojej śmierci w 1879 roku. Podczas jego działalności zostały niemal całkowicie odnowione wewnętrzne umocnienia wraz z wieżami obronnymi w zewnętrznym kręgu[1].

Prace konserwatorskie pod koniec drugiej połowy XIX wieku kontynuował jego następca Paul Boeswillwald. Usunął domy, które zbudowano między dwiema liniami murów. Następnie pracował nad przywróceniem dawnego wyglądu murów i zamku. Prace te kontynuował do końca 1911 roku, odtwarzając elementy zamku i południowej części warowni[1].