Η οχύρωση της νησίδας αποτελείται από δύο ζώνες. Η πρώτη ακολουθεί το περίγραμμα των ακτών ενώ η δεύτερη είναι θεμελιωμένη πάνω στους βράχους της κορυφογραμμής. Δύο εγκάρσια τμήματα τείχους, το ένα στα ΝΔ και το άλλο στα ΒΑ της νησίδας, συνδέουν τις παραπάνω ζώνες. Σε στρατηγικά σημεία της οχύρωσης βρίσκονται η ημισέληνος Μichel και η ημισέληνος Moceniga ή Barbariga που αποτελούν σπουδαία έργα οχυρωματικής αρχιτεκτονικής.

Για την κατασκευή του φρουρίου χρησιμοποιήθηκε η ντόπια σκληρή ασβεστολιθική πέτρα και ο μαλακός ψαμμίτης, που εξορύχτηκε από την ανατολική πλευρά της νησίδας και από την παρακείμενη χερσόνησο "Νησί" ή "Κολοκύθα".

Από την περίοδο της Ενετοκρατίας σώζονται οι θολωτές δεξαμενές το κτήριο της φρουράς , το τρίδυμο κτήριο και η πυριτιδαποθήκη δίπλα στο ναό του Αγίου Νικολάου , που προϋπήρχε του φρουρίου. Την περίοδο του κρητικού πολέμου (1645-1669) οι οχυρώσεις ανακαινίστηκαν και συμπληρώθηκαν. Τότε κατασκευάστηκαν οι ναοί του Αγίου Παντελεήμονα και του Αγίου Γεωργίου.

Από το 1715 η Σπιναλόγκα εξελίσσεται σε αμιγές οθωμανικό οικιστικό κέντρο που αναπτύσσεται λόγω της ασφάλειας των οχυρώσεων. Στον οικισμό, που οικοδομήθηκε πάνω στα θεμέλια των ενετικών κτισμάτων, το 1834 κατοικούσαν 80 οικογένειες και το 1881, 227. Έως σήμερα σώζονται αρκετά κτίσματα από την περίοδο αυτή, στην πλειονότητά τους διώροφες οικίες περιτοιχισμένες από υψηλούς μαντρότοιχους, και εμπορικά καταστήματα με μεγάλες μαγαζόπορτες και τζαμωτά ανοίγματα.

Το 1903, επί Κρητικής Πολιτείας στη Σπιναλόγκα ιδρύεται το Λεπροκομείο. που λειτούργησε έως το 1957. Οι άρρωστοι κατοίκησαν στα κτίρια του τούρκικου οικισμού και σε σύγχρονα κτήρια που κατασκευάσθηκαν κατά τη δεκαετία του '30. Η οικοδομική δραστηριότητα του Λεπροκομείου επέφερε δραματικές επεμβάσεις στα κτήρια του οικισμού και στις οχυρώσεις του φρουρίου. Το οθωμανικό τέμενος μετατράπηκε σε νοσοκομείο , ο προμαχώνας Donato σε νεκροταφείο του Λεπροκομείου, ενώ το 1939 για να ανοιχθεί ο περιμετρικός δρόμος, που υπάρχει σήμερα στη νησίδα, καταστράφηκαν με δυναμίτιδα μεγάλα τμήματα του τείχους.