Гомельский замок располагался на высоком правом берегу реки Сож, возле впадения в нее реки Гомия (Гомеюка). Он был построен на месте старого детинца, обнесенного частоколом и земляным валом, стоявшим тут с IX века.
К середине XVI века наряду с земляным валом, который постоянно подсыпался, Гомельский замок отделялся от города оборонительным рвом шириной 30-35 метров, и, в итоге, длина периметра укреплений составила 460 метров. Сам же замок по форме напоминал вытянутый овал длиной 200 метров и шириной 90 метров, а его общая площадь составляла 1,3 га.
В оборонительные укрепления Гомельского замка также входили многоярусные деревянные башни, въездная брама с подъемным мостом через ров и стены-городни с боевой галереей. Для того, чтобы предотвратить гниение, деревянные стены замка были обмазаны глиной на значительную высоту. Помимо защитной функции глина выполняла еще и противопожарную. Важным дополнением к оборонительным сооружениям был тайный подземный ход из замка к реке Сож для пополнения запасов воды во время осад.
Гомельский замок наряду со своей системой укреплений имел дополнительные городские фортификации. Город был обнесен земляным валом с деревянными стенами и башнями, а въезд в него осуществлялся через четыре брамы.
После вхождения Гомельского замка в состав Великого княжества Литовского в конце 30-х гг. XIV в. он занял важное место в обороне юго-восточной стороны княжества. И не раз замку удавалось выдерживать осады, в том числе и ежегодные нападения войск ВКЛ в период с 1500-го по 1535-й год. В то время Гомель находился под контролем Московского царя из-за того, что в 1499-ом году можайские князья, получившие ранее город в управление, отказались принимать католичество и вместе с Гомелем перешли на сторону Московского княжества. Лишь только в 1535 году сильное войско Сигизмунда I под управлением гетмана ВКЛ Юрия Радзивилла смогло вернуть Гомельский замок с городом в состав Литвы.
Из-за своего географического местонахождения Гомельский замок принимал участие почти во всех крупных и пограничных войнах Великого Княжества Литовского. В 1576-ом году его на короткое время во время Ливонской войны захватили войска Ивана Грозного, но вскоре войска ВКЛ отбили город обратно. В 1581-ом году московские войска вновь осадили город, но в этот раз им его взять не удалось.
Гомельский замок также пережил осады во время восстания Богдана Хмельницкого и последующей за ней тринадцатилетней войной Московского княжества с Речью Посполитой. Эти две войны значительно повлияли на состояние укреплений, но, судя по сообщениям тех времен, они все ещё сохранили свою мощь.
В 1737-ом году князь Михаил Чарторыйский, являющийся в то время владельцем Гомеля, построил новый замок, имевший башни с многочисленными бойницами. Кроме этого, укрепили подъемный мост и углубили рвы.
После Раздела Речи Посполитой Гомель вместе с землями ВКЛ вошел в состав Российской Империи и был подарен графу Румянцеву. Вскоре башни и стены деревянного замка были снесены, а валы срыты. По плану Б. Растрелли в 1785-ом году на месте былого Гомельского замка было начато строительство существующего ныне каменного дворца.