El castillo de Arjonilla está formado por una torre de planta cuadrangular de sillarejo, de 17 m de altura, estructurada en tres plantas abovedadas, más terraza dotada de merlatura y almenas; conserva el tramo de escalera que comunica la segunda planta con la terraza, que se encuentra embutida en el muro noroeste. El torreón fue objeto de transformaciones internas, entre las que habría que destacar la demolición del lienzo original para articular una entrada en recodo al interior de la fortaleza, con arco apuntado de ladrillo. Se añadieron también las escaleras adosadas al muro sureste que comunican las plantas 2ª y 3ª, cegando parcialmente una puerta. 

A esta torre se adosó un recinto amurallado de tendencia cuadrangular, que en su flanco norte se adelanta para unirse a la torre, dando lugar a un polígono de siete lados. Sus ángulos estarían protegidos por torres de planta circular, de las que se conserva la de su extremo noreste. Las murallas contarían con caminos de ronda almenados a los que se accedería a través de rampas.

En el interior del recinto se ha documentado un posible torreón, se trata de una estructura de planta cuadrangular de 12 x 12 m, con adosamientos y refuerzos en su lado oeste, de la que sólo se conservan los cimientos. Este basamento ha sido relacionado con la cimentación de su Torre del Homenaje, que para algunos autores pudo resultar de la habilitación de la antigua torre de alquería para estos fines. Estudios futuros deberán determinar si su origen es anterior o posterior a la actual fortaleza.

La fortificación continuará ocupada una vez perdida su función militar, erigiéndose edificios que han dejado vestigios en su interior. En un primer momento, probablemente a mediados del siglo XVI, sería utilizado como lugar de enterramiento, ya que se han hallado numerosos osarios construidos en ladrillo y excavados en la base geológica. 

A esta necrópolis se superponen dos grandes edificios rectangulares que apoyan en el muro sureste de la fortificación. El resto de muros, en los que se abren estrechas puertas, fueron levantados con pequeñas piedras mezcladas con barro. Parecen datar de los siglos XVI y XVII.

Posteriormente se construyeron otras dependencias de funcionalidad desconocida, compartimentadas mediante muros de piedra y cal y canto o de ladrillo. Revocadas de yeso blanco, en las paredes se abren vanos con pilares para soportar arcadas de ladrillo. Entre estas estructuras existiría un espacio abierto o patio con un empedrado de cantos de río.

Pero la transformación más agresiva se corresponde con la demolición del muro sur del recinto para comunicar la fortaleza con un edificio residencial nobiliario, que contaría con una instalación industrial, concretamente una almazara para la obtención de aceite de oliva. La instalación de canales de ladrillo atravesando los edificios y dependencias anteriores, quizá relacionados con el nuevo uso industrial que adquiere la fortificación, indica que todos ellos se encontraban ya en desuso o demolidos. 

Finalmente, el recinto formaría parte de un antiguo grupo escolar y de un antiguo cuartel de la Guardia Civil.

La aparición de dos sarcófagos visigodos en las inmediaciones de Arjonilla, en el paraje popularmente conocido como Las Herrerías o cortijo del Mono (uno de ellos integrado en el altar de la Parroquia de la Encarnación y el otro expuesto en el Museo Provincial de Jaén), y de una lápida funeraria de mediados del s. VII que actualmente se encuentra desaparecida, apuntan a la existencia de un lugar de culto cristiano junto a una necrópolis de cierta importancia. La población de este asentamiento visigodo, cercano a Arjonilla, podría haberse visto mermada por la inestabilidad causada por los enfrentamientos entre la aristocracia local y los musulmanes recién llegados, y haber abandonado el lugar huyendo a cotas más elevadas o a lugares fortificados.

Arjonilla no aparece citada en las fuentes escritas islámicas, lo que sumado a la ausencia de un registro arqueológico parece indicar que debió ser un emplazamiento rural de relativa importancia. El origen de Arjonilla pudo estar en una pequeña alquería, ocupada entre los siglos VIII-XI, supeditada a Aryûna (Arjona), en la cual, a partir del s. XI con el surgimiento de los diferentes reinos de taifas y las invasiones almorávides y almohades, ante la necesidad de defender a su población de las agresiones externas, pudo reforzarse con la construcción de una primera fortificación, la cual pudo materializarse con la edificación de una torre de alquería, o bien cercar la población con un sencillo recinto de muralla.  

La conquista castellana de este territorio se produjo en 1244, lo que nos hace suponer que temporalmente se integraría en el Concejo de Arjona. No obstante, en 1282, Sancho IV concede el lugar de Arjonilla al arcediano de Úbeda, Gonzalo Pérez, separándola administrativamente de Arjona, aunque en 1331 fue vendida de nuevo a Arjona. En 1397 se encontraba dentro de las posesiones de Ruy López Dávalos. Sin embargo, en los documentos referentes a todos estos hechos no queda constancia de la existencia de una fortificación en esta población. El primer documento con una referencia a la misma, fue emitido durante el reinado de Juan II, en el que se exige a la Orden de Calatrava morar y reconstruir el Castillo de Arjonilla. Estos datos corroboran la permuta que el monarca castellano efectuó en 1434 con la Orden Militar de Calatrava, al cambiar los poblados de Maqueda, San Silvestre y Colmenar por Arjona, Arjonilla, La Figuera, Recena y ¾ partes de Jimena, poblaciones que a partir de este momento se integrarían en el gran señorío que esta institución ha consolidado en el sector suroccidental del antiguo reino de Jaén. En 1553 el emperador Carlos I le concedería el título de Villa.

Todos estos datos apuntan a que la fortaleza debió ser ampliada y reestructurada entre finales del siglo XIII y principios del XIV, principalmente a partir del momento en que Arjonilla se integró en los dominios calatravos.  

Entre los siglos XVI y XVII, la existencia de la ermita de Santa Catalina en el interior del recinto parece estar relacionada con su uso como necrópolis. No descartándose la posibilidad de que esta, también pudiera corresponderse con el espacio de culto erigido por los calatravos en el interior de la fortaleza. El castillo continuó en uso, ya desprovisto de su función defensiva, sufriendo profundas transformaciones, sobre todo tras el siglo XVII cuando se incorpora a la casa del Marqués de la Merced.

LEYENDAS

Macías el enamorado. Macías paje del marqués de Villena y Doña Elvira, dama de la marquesa, se enamoraron manteniéndolo durante un tiempo sus amores en secreto, hasta que, en ausencia del joven, su señor caso a Doña Elvira con Hernán Pérez de Vadillo, marqués de Porcuna. Enloquecido, Macías comenzó a cantar su pena rondando la casa de Doña Elvira. Su marido, celoso, lo denunció ante el marqués, quien ordenó encarcelarlo en la torre del castillo de Arjonilla.

Pero el trovador continuó cantado y sus cánticos se extendieron por la ciudad llegando a oídos del marqués de Porcuna que, loco de ira le lanzó un venablo a través de la ventana de su celda. Macías cayó herido de muerte. Se le enterró en la iglesia de Santa Catalina de Arjonilla y en su losa se podía leer “aquí yace Macías el Enamorado”. Se dice que todavía hoy se puede ver una figura femenina vestida de blanco deslizarse por las murallas del castillo hasta llegar a la mazmorra donde pereció Macías.