Cetatea cuprinde două incinte fortificate din piatră, prima datând din a doua jumătate a secolului al XIII-lea, iar a doua la de la începutul secolului al XV-lea. Arheologul Mişu Davidescu sugerează şi existenţa unei faze de pământ a cetăţii.
Prima incintă de piatră, datând din secolul al XIII-lea avea o formă dreptunghiulară, cu dimensiunile de 90x45 de metri şi o uşoară arcuire a zidurilor de incintă de est şi vest. Zidurile incintei cât şi cele ale turnurilor sunt realizate din piatră de râu în alternanţă cu piatră de munte spartă (fundaţia) iar elevaţia prezintă un emplecton din piatră de râu şi de carieră şi cărămizi, întărit cu tiranţi din lemn. tât zidurile incintei, cât şi cele ale turnurilor au avut un parament interior si exterior realizat din piatră de râu şi de carieră, peste care s-a aplicat un strat de tencuială realizată dintr-un amestec de nisip fin cu var.
În prima jumătate a secolului al XV-lea se construieşte şi a doua incintă de piatră, prevăzută cu două bastioane de artilerie, unul la colţul de nord-est iar celălalt la jumătatea laturii de est.
Succesiunea stratigrafică a interiorului turnului de nord-vest, înregistrată în 2011, confirmă înregistrările făcute de Al. Bărcăcilă şi se prezintă astfel:
063 - 0,2m – nivel de cultură cu material ceramic cararcteristic secolului al XVI;
0,2- 0,6-1m – pardoseală din piatră, pietriş şi mortar de var (secolul al XVI-lea);
0,6-1m – 0,65-1,2m – nivelare pietriş, a doua jumătate a sec. al XV-lea;
0,65-0,8m – 1,2-1,3m – nivelare lut;
0,8-1,6m – 1,3-1,9m – nivel de cultură sec. al XV-lea, cu lentile de cărbune şi arsură;
1,6-2m – 1,9-2m – nivelare cu pietriş şi piatră, sfârşitul sec. al XIV-lea;
2m-2,3m – pardoseală din piatră, pietriş şi mortar de var (secolul al XIV-lea);
2,3-3m – nivel de dărâmătură (secolul al XIV-lea) din zidăria turnului cu urme de arsură şi lentile de cărbune;
3m – 3,6m – nivel de umplutură (a doua jumătatea a sec. al XIII-lea), alcătuit din lut, var şi piatră din zidăria turnului, arse până la vitrifiere în care se găseau şi bârne carbonizate iar la partea inferioară câteva fragmente ceramice şi fragmente dintr-o cămaşă de zale, arse la temperaturi înalte

Primele lucrări de fortificare în zona Severinului sunt întreprinse de Cavalerii Ioaniţi dar incinta de piatră a fost construită după 1261 şi până la finalul secolului al XIII-lea. Prima atestare documentare apare în Cronica Pictată de la Viena (1330), în contextul conflictului dintre Carol Robert de Anjou şi Basarab I. În a doua jumătate a secolului al XIV-lea Cetatea Severinului va suferi unele distrugeri provocate de oştile maghiare în timpul conflictului dintre Ludovic I de Anjou (1342-1382) şi domnitorul Ţării Româneşti Vladislav Vlaicu (1364-1377), desfăsurat între 1365-1357. În legătură cu pătrunderea oştilor maghiare în Severin, cronicarul Ioan de la Târnave60 consemna că acum era construită cetatea, însă având în vedere perioada scurtă în care aceştia au deţinut Severinul, cu siguranţă că este vorba doar de importante lucrări de refacere a cetăţii. Aceste lucrări au fost confirmate şi arheologic, cel puţin pe latura de nord a cetăţii, acolo unde primele două ziduri ale incintei de nord au fost demolate şi construit un alt zid al incintei, care lega turnurile de nord, iar în faţa acestuia a fost realizat un turn de poartă prin care se făcea accesul în incinta cetăţii. În a doua jumătate a secolului al XIV-lea Cetatea Severinului va suferi unele distrugeri provocate de oştile maghiare în timpul conflictului dintre Ludovic I de Anjou (1342-1382) şi domnitorul Ţării Româneşti Vladislav Vlaicu (1364-1377), desfăsurat între 1365-1357. În legătură cu pătrunderea oştilor maghiare în Severin, cronicarul Ioan de la Târnave60 consemna că acum era construită cetatea, însă având în vedere perioada scurtă în care aceştia au deţinut Severinul, cu siguranţă că este vorba doar de importante lucrări de refacere a cetăţii. Aceste lucrări au fost confirmate şi arheologic, cel puţin pe latura de nord a cetăţii, acolo unde primele două ziduri ale incintei de nord au fost demolate şi construit un alt zid al incintei, care lega turnurile de nord, iar în faţa acestuia a fost realizat un turn de poartă prin care se făcea accesul în incinta cetăţii. Pe tot parcursul secolului al XIV-lea fortificaţia a fost deţinută de domnitorii Ţării Româneşti, cu excepţia unor scurte episoade (1330, 1365-1367, 1376), când s-a aflat în stăpânirea regatului Maghiar.Doi domnitori ai ţării Româneşti au murit pentru apărarea acestei fortificaţii (Vladislav Vlaicu 1364-1377 şi Mihail I 1418-1420). După moartea lui Mihail I (1419), fortificaţia va fi preluată de regele maghiar Sigismund de Luxemburg (1382-1437)61, cel care îl va sprijini pe Dan al II-lea să ocupe tronul Ţării Româneşti. În schimbul prestării omagiului de vasalitate Dan al II-lea obţinea şi Cetatea Severinului în perioada 1422-1425. După 1425 regalitatea maghiară reînfiinţa funcţia de ban al Severinului, deţinută de Pippo Spano de Ozora (1425), mai apoi şi de Iancu de Hunedoara (1438). În această perioadă vor avea loc lucrări de refortificare la Cetatea Severinului, construindu-se o a doua incintă din piatră, prevăzută cu două bastioane de artilerie, unul la colţul de nord-est, iar celălalt la jumătatea laturii de est. La 1429 regele Sigismund de Luxemburg îi va instala pe cavalerii teutoni62 în Banat şi în părţile Severinului cu scopul de a reînfiinţa Banatul Severinului, formaţiune de apărare a graniţei dunărene. Cavalerii vor pierde în 1432 fortificaţia Severinului, după un asediu condus de Vlad Dracul. La scurt timp Regatul maghiar va reintra în stăpânirea cetăţii pe care o va deţine neîntrerup până la 1524 când armatele otomane vor ocupa şi distruge fortificaţia Severinului.

Biserica din interiorul cetăţii are un plan patrulater, cu absida poligonală la exterior şi semicirculară la interior, orientată către est, iar dimensiunile interioare de cca 12 m lungime şi 6 m lăţime. În interior, naosul era despărţit de pronaos prin intermediul a doi pilaştri, care porneau din peretele nordic, respectiv sudic, la mijlocul distanţei dintre aceştia aflându-se un stâlp alcătuit dintr-un bloc mare de piatră ecarisată, suprapus de un monument roman funerar refolosit. Naosul a fost boltit cilindric, iar în pereţii de nord şi sud ai naosului au fost surprinşi patru pilaştrii din gresie, compuşi din mai multe piese suprapuse, care aveau rolul de a susţine bolta. Pe laturile de nord, sud şi vest au fost identificate intrările în biserică, iar în peretele absidei altarului, la aproximativ 10 cm deasupra mesei, a fost identificată o fereastră. Biserica a fost construită din straturi de cărămidă în alternanţă cu blocuri din calcar ecarisate, materialul provenind de la unele construcţii din perioada romană, aduse din zona castrului sau chiar din perimetrul oraşului roman Drobeta. În ceea ce priveşte datarea se consideră că a avut două faze de construcţie, prima datând din ultimul deceniu al secolului al XIII-lea sau chiar în prima jumătate a secolului al XIV-lea iar a doua la finele secolului al XIV-lea - începutul secolului al XV-lea.

Incinta de secolul al XIII-lea avea o formă dreptunghiulară, având o uşoară arcuire la est şi la vest. La nord erau două turnuri de colţ, exterioare, de formă dreptunghiulară şi care flancau poarta de acces în cetate. Poarta avea o deschidere de 2,45 m şi se afla aproximativ la jumătatea zidului incintei de nord şi avea un ancadrament sculptat în calcar. La jumătatea laturilor de est şi vest existau, de asemenea, turnuri dreptunghiulare exterioare care asigurau supravegherea pe toată lungimea zidului de incintă. Pe latura sudică erau dispuse alte două turnuri rectangulre, dispuse la colţuri, la sud-vest şi sud-est. Din exteriorul acestor turnuri, două ziduri paralele coborau spre Dunăre, asigurând spaţiul dintre ele pentru o eventuală evacuare de urgenţă a garnizoanei cetăţii sau pentru debarcarea în siguranţă a proviziilor.
Incinta din secolul al XV-lea se afla la o distanţă de cca 8-12 metri de incinta interioară şi urmărea configuraţia terenului. Zidăria a fost lucrată dintr-un emplecton în care în mare parte apare o cantitate de piatră de râu şi de munte, însă, pe alocuri, apar şi fragmente de cărămizi şi bolovani de calcar. Ca liant s-a folosit mortarul de var. Paramentul a fost realizat din pietre făţuite, dispuse în asize paralele. În partea de sud-est au fost identificate două contraforturi, late de aproximativ 2 metri, adosate, de asemenea, zidului de incintă. Se observă urme de reparaţii.

Necropola se află în proximitatea bisericii. Până în prezent au fost cercetate 22 de mormite, datate în intervalul cuprins între secolele XIII-XV. Doar o parte dintre acestea au avut ca obiecte de inventar monede sau, în unele cazuri, inele iar un singur mormânt a avut groapa placată cu cărămizi romane refolosite, o dovadă a poziţiei sociale a defunctei, care a avut pe degetul inelar al mâinii drepte şi un inel din argint cu montură pentru piatră, suflat cu aur.