thumb|Brama Narbońska 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.
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.