狮心王理查修建了围绕城墙的护城河，并把泰晤士河水引入。护城河的修建一直不太成功，直到亨利三世引用了一种荷兰护城河修建技术。后来护城河水于1830年被抽干，在河底的废物中发现了人类骨骸。
伦敦塔是由威廉一世为镇压当地人和保卫伦敦城，于1087年开始动工兴建的，历时二十年，堪称英国中世纪的经典城堡。十三世纪时，后人在其外围增建了十三座塔楼，形成一圈环拱的卫城，使伦敦塔既是一座坚固的兵营城堡，又是富丽堂皇的宫殿，里面还有天文台、监狱、教堂、刑场、动物园、小码头等小建筑。
伦敦塔最重要、最古老的建筑是位于要塞中心的诺曼底塔楼，它是整个建筑群的主体，因其是用乳白色的石块建成，史称白塔。白塔系主人居住与守备部队进驻之所，最为坚固，在某种程度上象征着征服者威廉日益巩固和扩大的权力。楼高三十二点六米，共分三层，墙体厚度不一，从三至四米到四至六米，双层墙壁，窗户口很小，门窗之间用白石相隔，其顶部呈雉堞状，塔楼四角耸出四座高塔，三方一圆，在角隅设有螺旋楼梯，通达顶层。
伦敦塔在英国王宫中的意义非常重大，作为一个防卫森严的堡垒和宫殿，英国数代国王都在此居住，国王加冕前住伦敦塔便成了一种惯例。伦敦塔还是一座著名的监狱，英国历史上不少王公贵族和政界名人都曾被关押在这里。此外，古老的伦敦塔在历史上还充任过造币馆、观象台、动物园等。
后来这里成为宫廷阴谋和王室斗争的地方。英王爱德华四世的两个幼子，爱德华之前的国王及堂兄与弟弟，亨利八世的两个王后，先后被囚禁在这里并被处死。在很长一段时间里，伦敦塔成为令人毛骨悚然的“死狱”。