Nel 1331 i fiorentini fecero avviare i lavori per la costruzione di un fortilizio con funzioni di presidio per controllare la città e contro ogni tentativo di rivolta interno da parte dei pistoiesi. Di questa prima fortezza, di probabile impianto quadrangolare e dedicata a S. Barnaba, si conserva oggi il torrione o “mastio”. Questo antico complesso fortificato fu interamente trasformato nel XVI secolo per volere di Cosimo I de’ Medici. La nuova fortezza, progettata da Nanni Ungaro, presentava piccole dimensioni ed era pensata per resistere ai tiri delle nuove armi da fuoco. Assunse il nome di S. Barbara in onore della patrona dei bombardieri. Già nel 1571 Cosimo I incaricò l’architetto ingegnere Bernardo Buontalenti di consolidarla e ingrandirla. Questa nuova struttura si ricollegava alla terza cerchia muraria della città e inglobava la preesistente fortificazione. Dopo aver resistito, nel 1643, all’assalto delle truppe barberine, la fortezza conobbe un lento e lungo declino. Dimessa e smobilitata fra 1773 e 1774 per volontà del Granduca di Toscana Pietro Leopoldo di Lorena, la struttura fu successivamente usata come caserma, carcere militare e distretto, divenendo infine luogo della fucilazione di giovani patrioti pistoiesi in seguito alla repressione nazi-fascista.