Az alapjaiból épült, új várnak a közelben levő, a kincstárnok által felhagyott, középkori Bálványosvárnak a szerepét kellett átvennie. Az új erődítményt 1539-ben említik először. A vár tervezője és építésze valószínűleg az itáliai származású Domenico da Bologna volt, aki 1540-ben Szamosújváron tartózkodott. Fráter György halálakor a négyszögű erődítménynek – az északnyugati bástyát leszámítva – állania kellett, a püspökről elnevezett, a nyugati belső várfalra támaszkodó palota is nagyjából felépülhetett addig. 1553-ban említik először a palota emeleti nagytermét. 1551–1556 között, Erdély Habsburg-kormányzása idején, I. Ferdinánd király (1526–1564) Szamosújvár várát és jövedelmeit az egymást követő kormányzóknak és vajdáknak adományozta, azzal a kikötéssel, hogy őrséggel lássák el és folytassák erődítését: Castaldo generális, Báthory András, Dobó István és Kendi Ferenc bírták sorra a korabeli Erdély egyik legmodernebb és legbiztonságosabb várát. Biztonságosságának legnyilvánvalóbb bizonyítéka talán az, hogy ott őrizték Martinuzzi György „kincseit”, amelyek megszerzéséért a barát halála után komoly versengés indult. 1556-ban érte az első(?) ostrom a várat, amelyet Izabella királyné és János Zsigmondnak Erdélybe való visszatérése után Dobó István védett. Öt hónapi ellenállás után, 1556 novemberében csak I. Ferdinánd király parancsára volt hajlandó feladni Szamosújvárt. Valószínűleg, hogy még 1565 előtt az erődítményt nyugat fele terjesztették, megépítették a két nyugati félbástyát, a külső kaput, a vár árkán átnyúló északnyugati bástyát, valamint a várat három oldalról közrefogó falszorost (zwingert).

A szamosújvári vár építkezései végigkísérték a János Zsigmond fejedelem (1556–1571) és a Báthoryak korát is. Báthory Kristóf († 1581) építhette a Martinuzzi-palota lépcsőtornyát, amely viszont ma már nem látható. 1594. szept. 13-án a várban végeztette ki Báthory Zsigmond fejedelem (1588–1602 megszakításokkal) a törökpárti Báthory Boldizsár országos főkapitányt és Kovacsóczy Farkas kancellárt. Bethlen Gábor uralkodása alatt ismét építkeztek Szamosújvárban. Kijavították a vár épületeit, díszítették a palota helyiségeit, valamint Giovanni Landi itáliai építész irányításával kijavították, vagy újjáépítették a külső kaput nyugatról védő Csonka-bástyát. Két korabeli feliratos tábla emlékezett meg ezekről a munkálatokról, ám mára mindkettő elkallódott. Jelentős építkezést kezdeményezett Szamosújváron II. Rákóczi György (1648–1659): az 1653-as évszámot viselő feliratos tábla tanúsága szerint a század közepe táján épült a külső vár nyugati falához támaszkodó, emeletes palotaépület. A mukálatokat Agostino Serena, a fejedelem olasz fundálója irányította. A 17. század végére a vár hadi fontossága háttérbe szorult, a török adó kifizetése érdekében birtokainak jelentős hányadát eladományozni kényszerült I. Apafi Mihály fejedelem (1661–1690).

Az 1687-es balázsfalvi szerződés értelmében Szamosújvárba királyi katonaságot szállásoltak be, amely II. Rákóczi Ferenc (1704–1711) rövid uralmát leszámítva egy évszázadig, – az erődítmény börtönné alakításáig – rendezte a vár ügyeit. A 18. század elejére az erődítmény hadászati szempontból már nagyon meghaladottnak számított, a zsibói csatavesztést követően Szamosújvárra menekült II. Rákóczi Ferenc sem merte maradék seregével ott bevárni a labancok esetleges támadását. Az osztrák hatóságok egy elővédmű-rendszer segítségével tervezték a vár hatékonyságát növelni. A 18. századi várbeli építkezések ennek kiépítésére, fenntartására és időszakos korszerűsítésére irányultak. 1786-ban, II. József császár (1780–1790) rendeletére a vár katonai szerepét megszűntették és tartományi börtönt alakítottak ki benne. Az új intézményt kiszolgáló funkciókat eleinte a régi vár bástyái, valamint a két palotában és a várudvar szélein sorakozó épületek látták el. Csak a 19. század második felében nyerte a reneszánsz együttes a fegyház rendeltetéseihez alakított arculatát: lerombolták az északra kinyúló, Külső Dési-bástyát; megépítették a külső kaput magába foglaló „igazgatói lakot”; a Martinuzzi-palota főhomlokzatán levő lépcsőtornyot és a kisebb lépcsős tornácokat, egy a palota központi tengelyébe épített, belső lépcsőházzal helyettesítették; elbontották a keleti bástyákat és a belső várudvar kisebb épületeit. Az utóbbiak helyére, vagy részbeni felhasználásukkal 1857–1860 között új, háromemeletes börtönépületet emeltek az egykori belső udvar keleti felébe. A kor városrendezési törekvéseinek megfelelően a vársáncot kitakarították, és városi parkká alakították. Ugyancsak ebben az időszakban emelték, még 1898 előtt, az egykori várárkon kívüli kisebb építményeket.

A vár 17–19. században keletkezett alaprajzain egy hozzávetőlegesen négyzet alaprajzú erődítményt ábrázolnak. Egyenes kötőgátjait három sarkukon egy-egy, szinte azonos méretű fül nélküli bástya védte, a negyedik (északnyugatin) egy félbástya, továbbá egy, az árkon túlnyúló bástya volt. Ezek közül csak a félbástya csonkja látható napjainkban. A bástyás erődítmény oltalmában két, a mai napig is nagyjából épségben fennmaradt, reneszánsz palota emelkedik. A vár nyugati oldalán, a várfallal párhuzamos belső fal egy nagyobb, belső és egy kisebb, külső udvart (várat) határol. A belső udvaron, az említett falhoz simul a téglalap alaprajzú Martinuzzi-palota. A nyugati várfal utólagos megkettőzésével jött létre a kisebb, külső vár. Ezt délnyugati sarkában egy újabb félbástyával és egy külső kaputoronnyal is megtoldották, amelyek, a tornyot leszámítva, fennmaradtak. A külső vár nyugati falára támaszkodik az építtetőjéről, II. Rákóczi György fejedelemről elnevezett, 1653-ban befejezett, négytengelyes Rákóczi-palota. Utólag, a vár három oldala elé, azzal párhuzamosan egy alacsonyabb és keskenyebb falszorost (zwinger) alakítottak ki, ami viszont nem maradt fenn. Vizesárok övezte az együttest, amelynek kiszárított árka ma is látható.

A műemléket dél felől lehet megközelíteni. A börtön modern bejárati nagykapujának két oldalán, másodlagos elhelyezésben két, hasonló, 1540 körül készült, reneszánsz faragványt figyelhetünk meg: a durván átfestett domborművek egy-egy címertartó ágaskodó oroszlánt ábrázolnak, amely Zápolya János jelvényét, az újhold fele ágaskodó farkast tartják. A börtön kapuján túl egy híd vezet át az egykori –ma kiszárított– várárkon, a külső várkapu elé. A kaputól balra befalazott feliratos tábla az V. Ferdinánd (1835–1848) és utóda, I. Ferenc József (1848–1916) magyar király idején egymást követő szamosújvári várnagyoknak állít emléket. Fölötte az építtető püspök 1540-ben vésett emléktáblája áll. A külső kapun belépve a Rákóczi-palotával állunk szembe. A háromszintes (földszint, félemelet, emelet), négytengelyes épületet a 18. és a 19. század folyamán észak fele meghosszabbították. A folytonos nyugati homlokzaton tisztán elkülöníthető az egykori Rákóczi-palotához tartozó, háromszögű oromzatos, emeleti ablakok által jellemzett reneszánsz épületrész, a 19. századi ablakokkal tagolt toldástól.

A Rákóczi-épülettel szemben helyezkedik el az ún. Martinuzzi épület. A háromszintes (boltozott pince, földszint, emelet) palota téglalap alaprajzra épült, csak északi végén ugrik ki rizalitosan a palotakápolna sokszögzáródású apszisa, déli végében pedig az épületnél keskenyebb kapuépület helyezkedik el. Igényes faragású reneszánsz kapu fogadja az érkezőt. A félköríves záródású kocsibehajtót magas lábazaton álló, rozettákkal ékesített pilaszterek keretelik. A párkány frízébe a püspök latin jelmondatát vésték: DOMINVS ADIVTOR ET PROTECTOR MEVS QVEM. TIMEBO (Az úr az én segítőm és gyámolom, akit félek). A gyalogkapu felett feliratos címeres dombormű helyezkedik el. Két angyal tartja Martinuzzi koszorúba foglalt címerét: a pálos rend hollós jelvényét és az Utyesenovics család ágaskodó egyszarvúját. A pajzsot püspöksüveg koronázza. A címer alatti, 1542-es évszámot tartalmazó felirat a püspök János király iránti hűségét és a vár felépítéséért hozott anyagi áldozatait hangsúlyozza. A palota nyugati homlokzatán a Martinuzzi korabeli nyugati várfal vastagságában, utólagosan kialakított folyosót világítja meg a földszinten 8, az emeleten 10 egyszerű keretelésű, 19. századi ablak. A reneszánsz kapu fölött 2 hasonló ablak nyílik, ezt a homlokzatszakaszt romantikus attika koronázza. A palota 9 tengelyes keleti homlokzatát reneszánsz profilú, egykor kősudarakkal osztott nyílású, ablakok tagolják. A boltozott kapu fölött kőgyámokra támaszkodó zárterkély ugrik ki. Az alsó szint középső tengelyében nyílik a palota főbejárata, előtte modern tornáccal. A földszinten a fejedelemségkorban raktárak és a vár magasabb rangú tisztségviselőinek a lakásai voltak, az emeleten pedig a két reprezentatív nagyterem és a püspöki/fejedelmi lakosztályokat rendezték be. A földszinti nagyterem, az egykori élésház manapság is őrzi eredeti, hevederes élkeresztboltozatát, amely a központi pillérre és az oldalfalakra támaszkodik. A palota eredeti beosztásának rekonstruálását igen megnehezítik a 19. század második felében foganatosított átalakítások, főként a lépcsőház beépítése az épület középső tengelyébe. A kápolna sokszögű, kváderezett élű szentélyzáródásának oldalait három reneszánsz keretelésű, magas ikerablak díszíti. A szentély belseje három boltszakaszra oszlik, amelyeket gyámokra támaszkodó féloszlopra fekvő fiókos dongaboltozat fed. A nyugati karzat alatti teret bordás keresztboltozattal fedték. A diadalív kapuszerű reneszánsz kerettel nyílik a szentély fele. A kápolnát 1822-ben a börtönben raboskodó, veronai származású festő, Pietro Rivetti festette ki, ez a díszítés azonban elpusztult. 1989 után görög-keleti ikonográfiájú festményekkel tarkították a falait. A Martinuzzi-palotával szemben áll a 19. századi „U” alaprajzú, háromemeletes börtönépület. Kosáríves, keret nélküli ablakokkal tagolt, neogótikus főhomlokzatának központi tengelyét kis lépcsőzetes attika koronázza, amelyet óralap díszít, fölötte az 1859-es évszám olvasható.

Eddigi ismereteink szerint a szamosújvári vár a legkorábbi erdélyi példája az olasz reneszánsz hadiépítészet elveinek. A Domenico da Bologna személyében feltételezett szamosújvári tervező elképzeléseit a század első három évtizedében Itáliában megvalósult vagy tervezett olaszbástyás erődítmények befolyásolhatták.

Napjainkban is börtönként működik az együttes, látogatása korlátozva van.