Το κάστρο είναι σε μια βραχώδη και δυσπρόσιτη χερσόνησο ύψους 120 μέτρων περίπου που εποπτεύει δύο όρμους και το εξαιρετικό φυσικό λιμάνι της Μύρινας. Η ίδια η Λήμνος είναι σε στρατηγικό σημείο ευρισκόμενη κοντά στην είσοδο των Δαρδανελίων και επί της θαλασσίας οδού από τη Μικρά Ασία προς τη Βαλκανική χερσόνησο.
Το κάστρο κατασκεύασαν οι Βενετοί διατηρώντας τμήματα προγενέστερης φάσης βυζαντινής περιόδου (αρχές 12ου αι). Οι Βυζαντινοί είχαν κτίσει το κάστρο πάνω σε αρχαία ακρόπολη.
Η σημερινή δομή και διάταξη οφείλεται στους Γενουάτες Gattilusi που το αναδιαµόρφωσαν (15ος αι.) καθώς και στις μεταγενέστερες επεμβάσεις Βενετών και Τούρκων.
Το Όνομα του Κάστρου
Η Μύρινα πήρε το όνομά της από τη Μύρινα, κόρη του βασιλιά της Ιωλκού Κρηθέα και συζύγου του πρώτου βασιλιά της Λήμνου, του Θόαντα.
Το όνομα αυτό ξεχάστηκε με τον καιρό και από τα ύστερα βυζαντινά χρόνια μέχρι τα μέσα του εικοστού αιώνα η πόλη ονομαζόταν απλά «Κάστρο».
Στην Ενετοκρατία ονομαζόταν και «Παλαιόκαστρον», σε αντιδιαστολή με τα νεόκτιστα κάστρα του Κότσινου και του Μούδρου (από τα οποία παρεμπιπτόντως δεν σώζεται σχεδόν τίποτα).
Η ονομασία Paleocastro αναφέρεται από διάφορους περιηγητές (και στους χάρτες του Piri Reis, 1521) μέχρι και τον 17ο αιώνα. Το 1912 η Λήμνος παραδόθηκε στους Έλληνες, κατά τη διάρκεια των Βαλκανικών πολέμων.
Τελικά φαίνεται πως και το «Παλιόκαστρο» ξεχάστηκε και παρέμεινε το «Κάστρο» σκέτο. Μέχρι το 1955, οπότε στην πόλη ξαναδόθηκε επισήμως το αρχαίο της όνομα «Μύρινα».
