El castillo de Alcaudete tiene su origen en un pequeño enclave situado en la cumbre del cerro que hoy ocupa la fortificación, que contaría con construcciones sencillas, como empalizadas en tapial de tierra y mampuestos, con las que se reforzarían los puntos más accesibles. Estas estructuras han desaparecido, aunque pudieron ser reutilizadas para la construcción del conjunto defensivo erigido en época almohade. 

En este período (s, XII-XIII) el núcleo de población se desplaza a media ladera, rodeándose con una cerca, mientras que en la cumbre se levanta un alcázar de planta poligonal con un cimiento escalonado. Los lienzos se reforzaron con torres macizas de planta cuadrada que se sitúan en los tramos rectos, a modo de contrafuertes de mampostería, y bestorres, torres abiertas por la parte posterior del baluarte, situadas en los ángulos de los muros, con cimiento de mampostería sobre el que se superponen paramentos de tapial de tierra. En el interior de este recinto se han localizado estructuras de muros de tapial, y un aljibe de planta rectangular.

A mediados del siglo XIII, la Orden Militar de Calatrava introdujo importantes modificaciones, revisten de mampostería las antiguas murallas que rodeaban la población, a la vez que amplían el número de torres que la defendían. Reutilizan el recinto del antiguo alcázar como antemuro, reduciendo significativamente su altura, y edifican una nueva fortaleza en su interior, dejando entre ambos un estrecho pasillo o liza.

La nueva fortaleza Calatrava desarrolla una planta poligonal, construida en mampostería irregular rejuntada con mortero de cal.  Estaba jalonado por seis torres, a las que se accedía desde los adarves que discurren sobre los lienzos de muralla y que permiten recorrer todo el recinto. Poseía dos puertas, la principal en el extremo norte, defendida por dos torres de planta cuadrada con esquinas redondeadas y una pequeña poterna en el extremo sureste, protegida por la conocida como Torre del Reloj. 

La puerta principal conduce a un pasillo-foso, configurado por las murallas del propio castillo y los escarpes rocosos del interior, que definen una terraza o meseta central elevada, en la que se localizan los edificios más relevantes de la fortaleza, mientras que en un nivel inferior se localizan dos aljibes, uno de ellos bajo el cuerpo de guardia y otro adosado a la entrada de las caballerizas.

El patio o plaza de armas, situado en el extremo noroeste, es un espacio abierto en cuyas inmediaciones se edificó el cuerpo de guardia, un edificio de planta rectangular construido con mampostería irregular y conectado directamente con el adarve de la muralla noroeste. El claustro, emplazado en el sector sur, conformaba un pequeño patio situado en el entorno de la Torre del Homenaje y la Sala Capitular, del que solo se conserva algún elemento arquitectónico (columna y capitel). En las inmediaciones del claustro encontramos dos edificios, uno que albergó cocina, almacenes y alcobas, y otro con el nivel inferior dedicado a caballerizas y el superior ocupado por una gran Sala Capitular, a la que se accedía directamente desde el Claustro. En el sector oriental de la meseta superior, frente de la Torre del Homenaje, se localizaba el Oratorio y junto a él las cocinas y alcobas de la guarnición. 

En el punto más elevado y central de esta meseta superior se ubica la Torre del Homenaje, de perfil troncocónico y planta rectangular, con muros de mampostería que llegan a alcanzar los tres metros de ancho. Se accedía a su interior por un patín adosado a la esquina Noreste. Al llegar a la altura de la primera planta, había que salvar un cadalso o balcón volado, mediante una plataforma retráctil de madera. La torre se estructura en tres plantas, la primera usada como almacén-aljibe, a la que se accede por una trampilla practicada en el pavimento de la estancia superior, la central como identificada como zona de tránsito y la superior que se relaciona como la residencia del comendador.

En época renacentista el castillo perdió su función militar, para convertirse en residencia palatina. Se construyen en su interior nuevas estructuras residenciales y palaciegas en el entorno de la torre del Homenaje, un complejo entramado selecto de estancias, patios porticados y corredores, al que se accedía tras vadear la denominada Puerta de la Reja y la entrada principal al área palatina. Colindando con las áreas nobles, se localizaban las dependencias de servicio, dotadas de almacenes, cocinas o cuadras, que ocupan el extremo noroeste y en las inmediaciones del cuerpo de guardia y la puerta del palacio. Estas reformas conllevaron la anulación de elementos precedentes, como el oratorio, el patín de la torre del homenaje o la poterna; la reducción de las dimensiones de otras, como ocurrió con el patio de armas o el pasillo-foso; o bien la compartimentación y cambio de funcionalidad de las caballerizas o la Sala Capitular.

Alcaudete se identifica con el municipio flavio de Sosontigi, nombre escrito en una inscripción honorífica, encontrada en la zona. Aunque no se han encontrado restos romanos en el núcleo urbano de Alcaudete, han sido numerosos los hallazgos en sus inmediaciones, principalmente en la zona del parque, instituto y polígono industrial.

Entre los siglos VIII y X, tras la conquista musulmana, fue conocido con el nombre de Hisn al–Qabdaq, un pequeño asentamiento emplazado en la cumbre del cerro que hoy ocupa el castillo, que aprovechaba las defensas naturales que le ofrecía su acusada orografía. Con la conquista almohade, el núcleo de población se desplazaría a media ladera, cercándose una muralla que lo protegía, mientras que en la cumbre se levantaría un alcázar sobre las estructuras defensivas preexistentes.

En la segunda mitad del siglo XIII Alcaudete se convierte en señorío de la Orden Militar de Calatrava, puesto que, a partir de su conquista, su gran importancia estratégica dentro de la frontera con el reino Nazarí de Granada, determinó que el monarca castellano Fernando III la entregara en 1246 a la Orden Militar de Calatrava, institución que promovería el amplio refuerzo de sus defensas.

A pesar de ello, en 1300 fue conquistada temporalmente por los ejércitos musulmanes, hasta que en 1312 fue recuperada por el Infante D. Pedro, siendo convertida por Alfonso XI en una villa de realengo. En 1385 el rey Juan I la donó en mayorazgo a D. Alfonso Fernández de Montemayor, Adelantado Mayor de la Frontera. La villa quedó adscrita al señorío de Montemayor hasta el siglo XVI, llegando a conseguir el título de condado en tiempos de Carlos I.

En el siglo XVII, bajo el dominio de los Fernández de Córdoba, la fortaleza-palacio fue languideciendo hasta su definitivo abandono. En el siglo XVIII el castillo se encontraba ya en estado de ruina. Desde finales del siglo XX ha sido objeto de un largo proceso de investigación arqueológica y restauración.