Фортеця будувалася на залишках грецького міста Тіра. Існувало воно до IV століття. Але часті напади завойовників знищили поліс. Спочатку місто зруйнували готи, а потім гуни поклали кінець існуванню Тіри. Після греків на місці Тіри мешкали даки, анти, слов'яни, болгари.. На думку істориків у Х столітті Білгород входив до складу Київської Русі, потім деякий час належав Угорському королівству, а ще пізніше — Галицько-Волинському князівству. У складі останнього місто перебувало до нашестя татаро-монголів.

Достеменно невідомо, коли було закладено Білгород-Дністровську фортецю. Нині її засновниками більшість істориків вважають генуезців, що прийшли у Причорномор'я в ХІІІ столітті. Цікаво, що ця територія входила в той час до складу Золотої Орди. Але хитрі генуезці якимось чином домовились із татаро-монголами. Офіційно Білгород був татарським містом, але правили в ньому генуезці. Фортеця мала контролювати Дністровський лиман.

У другій половині XIV століття генуезці втратили свій вплив у Причорномор'ї, оскільки не мали можливості проходу Егейського моря через збільшення військового тиску з боку турків. На думку багатьох істориків на зміну Генуї прийшла Литва. І саме у литовців наприкінці XIV століття Білгород відвоювали молдовани. Багато разів фортеця була під впливом різніх держав. У 1832 фортеця позбавилась свого стратегічного значення, в 1896 її оголошують історико-архітектурною пам'яткою. З того часу це цивільний об'єкт.

У 1918 Білгород захоплено румунами. Під владою Румунії він перебував до 1940. Тоді він на короткий строк ввійшов до УРСР, але з 1941 по 1944 місто знову належало Румунії. У 1944 Білгород зайняли радянські війська. Місто перейменували у Білгород-Дністровський, а фортецю зробили музеєм-заповідником.

В 1970-х роках фортецю активно використовували кінематографісти, зокрема в 1975 році тут знімався фільм "Капітан Немо" одеської кіностудії. Завдяки талановитій грі виконавця головної ролі Владислава Дворжецького цей фільм став улюбленим для мільйонів глядачів багатьох поколінь.

Нинішня Білгород-Дністровська фортеця — один з найпопулярніших туристичних об'єктів півдня України. Тут проводять інсценовані вистави, пісенні фестивалі («Фортеця»), і фортеця продовжує служить знімальним майданчиком для різних фільмів.