XIII wieku na lewym brzegu Strawy istniał gród. Piotrków zyskał na znaczeniu w XIV wieku dzięki zjazdom i wydarzeniom o znaczeniu ogólnopaństwowym, w których często uczestniczyli królowie polscy. W związku z tym Kazimierz Wielki w 1347 roku polecił wznieść obronną rezydencję. Nie zachowały się jednak do czasów współczesnych żadne dokumenty, które wskazywałyby niezbicie na fakt istnienia w Piotrkowie średniowiecznej siedziby królewskiej.
Z biegiem lat budowla stała się niewystarczająca, dlatego w latach 1511-1520 Zygmunt Stary zlecił nadwornemu muratorowi Benedyktowi z Sandomierza wzniesienie nowej rezydencji na polu sejmowym w położonej na przedmieściu Piotrkowa Wielkiej Wsi. Budynek Turris In Modum Arcis przypominał średniowieczne
Panorama miasta i zamek na sztychu Erika Dahlbergha z dzieła Samuela Pufendorfa 'De rebus a Carolo Gustavo gestis', 1656 rok
wieże obronno-mieszkalne, choć nie posiadała cech militarnych i był miejscem rezydencjalno-reprezentacyjnym. Benedykt wcześniej pracował przy przebudowie Wawelu, co tłumaczy pewne podobieństwa w układzie komnat i wystroju architektonicznym murów zamkowych. Wieża mieszkalna została wzniesiona na planie prostokąta o bokach około 18 na 20 metrów. Początkowo miała trzy kondygnacje, a całość miała cechy stylu renesansowego, choć kamieniarka okien i portali nawiązywała do gotyku. Mury zewnętrzne grube są na trzy łokcie, wewnętrzne niewiele cieńsze. Te ostatnie nie idą w pośrodku budynku, ale się zbliżają do ścian wschodniej i północnej. W ten sposób każde piętro ma jedną wielką salę narożną, po dwóch jej bokach dwa mniejsze pokoje, a w drugim rogu gmachu sień. Pokoje te i sale na wszystkich
Drzeworyt według rysunku Polkowskiego, Tygodnik Illustrowany 1861 ze zbiorów Biblioteki Instytutu Badań Literackich PAN
piętrach były sufitowane. Na czterech kondygnacjach zastosowano trójwnętrzowy podział dwiema ścianami krzyżującymi się pod kątem prostym. W ten sposób dwa zachodnie pomieszczenia na każdym piętrze otrzymały plan kwadratu, a duża komnata po stronie wschodniej – plan prostokąta. Dwie najniższe kondygnacje zamku przeznaczone były do pełnienia zadań wspomagających jego funkcje mieszkalne i administracyjne. W sklepionych kolebkowo piwnicach trzymano skarbiec, archiwum starościńskie, czasami więziono tutaj również aresztantów. Na parterze, który podobnie jak wszystkie pozostałe piętra, przykryty był drewnianym stropem, urządzono apartament podkomorzego. Ponad nimi znajdowały się osobiste pokoje króla z dużą salą zwaną Palatium Stubam Superiorem, natomiast najwyższy poziom zajmowała sala paradna. Wszystkie nadziemne kondygnacje wieży cechował powtarzalny układ obejmujący małą izbę i dużą komnatę poprzedzoną sienią. Komunikację pionową realizowała umieszczona w północno-wschodnim narożniku sklepiona klatka schodowa otwierająca się na każdym poziomie na ogromne sale.
W XVI wieku zamek nadal był miejscem licznych
Drzeworyt, Tygodnik Illustrowany 1863 ze zbiorów Biblioteki Instytutu Badań Literackich PAN
wydarzeń państwowych, takich jak sejmiki i synody. Piotrków utracił status miasta sejmowego wraz z podpisaniem Unii Lubelskiej pomiędzy Rzecząpospolitą a Litwą w 1569 roku, w wyniku której – z racji dogodniejszego położenia – obrady zjazdów walnych przeniesiono do Warszawy. Ze względu na dobre skomunikowanie i dużą ilość miejsc noclegowych miasto obarczone zostało innymi zadaniami, stając się od 1578 roku siedzibą Trybunału Koronnego. Już na początku XVII wieku, w 1611 roku, lustracja opisywała budowlę jako częściowo zrujnowaną: fosa zalazła szlamem, palisada prawie cała obalona, a z dawnej bramy resztki pozostały.
Podczas potopu szwedzkiego w 1657 roku najeźdźcy pogłębili zniszczenia i spalili wieżę. Podczas odbudowy w latach 1668-1671, której podjął się starosta piotrkowski Michał Warszycki, zamek otrzymał namiotowy dach. Nie odtworzono jednak umocnień ani prawdopodobnej attyki. Sale reprezentacyjne na wszystkich kondygnacjach zostały podzielone ścianą.
Po drugim zaborze zamek popadł w ruinę. W 1869 roku gubernator piotrkowski polecił odbudować zrujnowany zamek na garnizonową cerkiew, obniżając wieżę do dwóch kondygnacji i przykrywając ją dachem z kopułą cerkiewną. Rozebrano wówczas najwyższą kondygnację zamku, skuto też nadprożne gzymsy i parapety okienne oraz renesansowe portale. Zachowane wnętrza wyremontowano, wyższe piętra adaptując na zbrojownię i kancelarię wojskową, a piwnice – na piekarnię.
Po pierwszej wojnie światowej zamek został przekazany Polskiemu Towarzystwu Krajoznawczemu, które po remoncie
Zamek na zdjęciu z 1899 roku
urządziło tu muzeum. Po zniszczeniach z drugiej wojny światowej w 1947 roku Wojewódzki Konserwator Zabytków przystąpił do odbudowy zamku i przywrócenia mu cech renesansowych sprzed przebudowy Michała Warszyckiego. Prace posuwały się dość szybko i w 1951 roku urządzono na dwóch kondygnacjach budynku Muzeum Historyczne miasta Piotrkowa. W latach 1963-1969 odbudowano trzecią kondygnację, jednak nie zdecydowano się na odbudowę attyki i nakryto całość dachem namiotowym.
Z detali architektonicznych zachowały się sklepienia kolebkowe piwnic, portale oraz pierwotne zdobienia. Bardzo cenne są oryginalne obramienia okienne na parterze i pierwszym piętrze, pochodzące z lat 1520-1525. Wczesnego wystroju wieży i jej oryginalnych detali architektonicznych zachowały się sklepienia kolebkowe piwnic, barokowe nadproża i odrzwia na pierwszym piętrze z herbem starosty Michała Warszyckiego, skromne fragmenty posadzki z czerwonego marmuru, a także część bogato zdobionej kamieniarki obramień okiennych oraz portali i nadproży w otworach drzwiowych prowadzących z sieni do komnat
Zamek w Piotrkowie Trybunalskim na zdjęciu z 1902 roku
królewskich. Na ścianach dostrzec można również resztki XVI-wiecznych malowideł i tynków pamiętających być może jeszcze czasy sejmów koronnych.
Obecnie w zamku mieści się Muzeum Okręgowe ze stałą ekspozycją obejmującą zakresem tematycznym zagadnienia ze świata archeologii, etnografii, historii, militariów oraz sztuki. Obok artefaktów dokumentujących prehistoryczny okres rozwoju cywilizacyjnego pramieszkańców ziemi piotrkowskiej na poszczególnych piętrach wieży udostępniono rekonstrukcję XIX-wiecznej wiejskiej zagrody oraz wystawę renesansowych i barokowych wnętrz szlacheckich z kolekcją mebli gdańskich.