Pierwszym prawdziwym obozem warownym, którego centrum stanowił Kraków był obóz z czasów Insurekcji Kościuszkowskiej. Skupiono się na wzmocnieniu głównie północnego odcinka frontu obrony miasta. Od doliny Rudawy po Prądnik i dolinę Wisły powstał ciąg okopów kleszczowych. W jego skład wchodziło 6 frontów, a łączna długość wałów poprzedzonych fosą i częstokołami wynosiła 2,5 km. W latach 1796-1806 zaistniało pojęcie „Twierdza Kraków”, mimo że Austriacy nie budowali w Krakowie nowych fortyfikacji, ograniczając się do wykorzystania obiektów istniejących. W 1807 r. rozebrano przestarzałe mury miejskie na mocy decyzji ces. Franciszka I. Plany budowy nowych fortyfikacji gen. Chastlera pozostały niezrealizowane – priorytetem było wówczas zwycięstwo w walce z napoleońską Francją, a Kraków – będący wówczas w głębi cesarstwa Austro-węgierskiego – nie wydawał się zagrożony.

W okresie Rzeczypospolitej Krakowskiej (1809-1846) zrealizowano na terenie Podgórza mały obóz warowny wojsk Księstwa Warszawskiego, na bazie austriackiego szańca z 1790 r.

Pierwsze roboty fortyfikacyjne w Krakowie podjęli Austriacy na Wawelu, zaraz po zajęciu miasta w 1846 r. Umocniono wały zamku palisadami oraz zaczęto traktować go jako rdzeń Twierdzy. W 1849 r. rozpoczęto budowę umocnień Kopca Krakusa. W tym samym roku wojska pruskie i rosyjskie opuściły miasto, zaś rok później, 12 kwietnia 1850 r. Franciszek Józef zadecydował o utworzeniu twierdzy – usankcjonowało to roboty budowlane prowadzone już od kilku miesięcy. Skupiono się na fortach wysuniętych – cytadelowych i reditowych. Cytadelowe były dostosowane do obrony okrężnej (jako „nienarażone na regularne natarcie”, a więc położone w mocno izolowanych pozycjach), zaś reditowe („narażone na regularne natarcie”) miały bardziej ukierunkowany sektor obrony i położone były bliżej rdzenia. Zrealizowano wtedy m.in. cytadelowe forty „Kościuszko” i „Krakus” (wokół kopców) oraz reditowe – „Lunetę Warszawską” czy „Lunetę Grzegórzecką”. W latach 1856-57 powstały forty wieżowe – „Św. Benedykt” oraz „Krzemionki”. Całość uzupełniała cytadela na Wawelu, określana mianem „Castel”.

W obliczu napięcia stosunków z Rosją na tle wojny krymskiej zaistniała doraźna potrzeba uzupełnienia fortyfikacji. Kraków miał stać się podstawą wyjściową dla natarcia austriackiej 3. Armii, zaś nieukończona Twierdza się do tego nie nadawała. Problem rozwiązano za pomocą fortyfikacji polowych – pierścienia szańców, zlokalizowanych w miejscach przewidzianych dla stałych fortów (wg projektu płk. Wurmba). Odległości między poszczególnymi działami były znormalizowane i wynosiły po ok. 700 metrów – aby sąsiednie szańce mogły wspierać się ogniem. Była to pierwsza od czasów Kościuszki próba kompleksowego wzmocnienia wielkiego obszaru miejskiego i podmiejskiego. Promień kręgu nowych fortyfikacji był dłuższy o ok. 2 km w stosunku do umocnień z czasów Insurekcji. W latach 1854 powstało 16 szańców oraz bateria dla artylerii. Do 1856 r. powstało 13 kolejnych szańców i jeszcze jedna bateria. Jednocześnie z realizacją szańców rozpoczęto ich numerację.

Kolejne dziesięciolecie, 1856-66, to wysiłki dla udoskonalenia i uzupełnienia Twierdzy. Imponującym zamierzeniem, w istocie ostatnią próbą ujęcia Krakowa w ciągłe, regularne fortyfikacje, wywodzące się jeszcze z doświadczeń renesansowych miast idealnych – była wielka rozbudowa bastionowo-poligonalnego rdzenia, nazwanego „permanentnym dziełem obozu warownego Kraków”. Autorem tego projektu był gen. inż. hrabia Bernhard von Caboga. Dotychczasowe prowizorycznie zaadaptowane stare okopy akcyzowe stanowiły najsłabsze ogniwo twierdzy. Zmieniły się także poglądy teoretyczne – w przeciwieństwie do lat 50. XIX wieku, większy nacisk położono właśnie na rdzeń. Otrzymano obwód wału, w którego załamaniach znajdowały się bastiony lub półbastiony. Numerację przyjęto zgodnie z ruchem wskazówek zaczynając od Wisły, oznaczając bastiony cyframi rzymskimi. Na północ i północny wschód powstały forty reditowe z silnie rozbudowanymi kaponierami zapola. Miała to być główna linia obrony.

Wojna francusko-pruska (1870-71) wykazała krach dotychczasowej fortyfikacji opartej o systemy bastionowy i poligonalny. Potrzebny był nowy system obrony z nowym typem działa, skutkiem czego wypracowano zupełnie nowy system – fortowy ześrodkowany. Zakładał on, że skoro dominującą bronią na fortecznym polu walki jest artyleria, to nowe umocnienia muszą spełniać dwa podstawowe wymogi – chronić przed pociskami przeciwnika oraz stanowić zespół stanowisk dla własnych dział, pozwalający prowadzić tak silny ogień na przedpole, by móc zwalczyć baterie oblężnicze. Podstawowym typem dzieła obronnego stał się fort artyleryjski, wyposażony w ciężkie, dalekonośne, gwintowane armaty odtylcowe. Wobec wzrostu zasięgu rażenia artylerii budowano je znacznie dalej od centrum twierdzy, a ich kordon był znacznie luźniejszy. Oznaczało to radykalne poszerzenie pierścienia oraz utratę znaczenia samego rdzenia. Powstały wtedy m.in. fort 43 „Pasternik” oraz fort 47 „Łysa Góra” oraz kilkanaście innych obiektów.

W czasie wznoszenia w Europie fortów artyleryjskich, w dziedzinie techniki wojennej pojawił się wynalazek, który z miejsca uczynił je przestarzałymi. Był nim pocisk z zapalnikiem ze zwłoką (1883 r.), o tzw. „działaniu minowym”, który detonował się nie w momencie trafienia, ale dopiero po wniknięciu w strukturę budowli. Paradoks tym większy, że – w przeciwieństwie do fortów reditowych – forty artyleryjskie budowano nie tylko z tradycyjnej cegły, ale też z najnowszej zdobyczy technologicznej – betonu, który niestety przed nowymi pociskami nie zabezpieczał. Odpowiedzią fortyfikatorów było zastosowanie na szeroką skalę pancerza oraz specjalizacja dzieł obronnych. Narodził sie nowy system obrony – fortowy grupowy. Modernizacja pancerza twierdz galicyjskich była pierwszym w Europie zastosowaniem pancerza na skalę masową w państwie o randze mocarstwa. Pierwszy tego rodzaju obiektem w Krakowie był fort 38 „Skała”, projektu Daniela Salis-Soglio. Inne to np. forty 45a „Bibice” i 48a „Mistrzejowice” (zaprojektowane przez Polaka, Emila Gołogórskiego). Forty i inne dzieła łączono w grupy, uzyskujące z czasem znaczną autonomię obrony.

Faza przypadająca na lata przedwojenne jest najlepiej dostrzegalna w centrum miasta. Decyzja o likwidacji rdzenia i przeniesienia wewnętrznego pierścienia umocnień na dawną zewnętrzną linię obrony, wyznaczoną niegdyś przez wieniec szańców i fortów z połowy XIX wieku, uwolniła tereny przymiejskich gmin dla urbanizacji, dając asumpt dla koncepcji Wielkiego Krakowa.

Nowoczesny rdzeń twierdzy, złożony z radykalnie zmodernizowanych szańców i w mniejszym zakresie – dawnych fortów, połączonych wałami i płytkimi fosami, utrwalił niepełny pierścień obwodnicy miasta – ulic: Piastowskiej, Rydla, Radzikowskiego i innych. W tychże latach rozpoczęto też modernizację zewnętrznego pierścienia twierdzy. Znacznie zmodyfikowano artyleryjski fort 44 „Tonie”, wzmacniając go strukturalnie, instalując baterie pancerne dla wysuwalno-obrotowych wież pancernych M.2 (jedyne zachowane na świcie egzemplarze!) i budując potężną pancerną baterię kazamatową do ognia bocznego – tradytor. Odpowiedzią na rozwój artylerii stromotorowej wielkiej mocy okazały się kute w skale lub budowane metodami górniczymi podziemne schrony, tzw. kawerny – na przedpolach, zapolach i pomiędzy fortami. Ostatni etap rozwoju twierdzy to również budowa ważnych i nowoczesnych zespołów logistycznych – zespołu aprowizacyjnego na Bosackiem, lotniska, stacji radiotelegrafu czy też garaży dla wojsk samochodowych.

Mobilizacja i wybuch wojny i oznaczały doraźną, błyskawiczną budowę kilkudziesięciu potężnych polowych punktów oporu w międzypolach oraz na przedpolach fortów. Kraków był nie tylko twierdzą, lecz siedzibą dowództwa I Korpusu sił zbrojnych Austro-Węgier. Odegrał ważką i symboliczną rolę miejsca, gdzie najdalej na zachód dotarła, została zatrzymana i odparta ofensywa wojsk rosyjskich, nazwana propagandowo „rosyjskim walcem parowym”. Pierwsza odsłona Bitwy o Kraków z 1914 roku rozegrała się na północ od twierdzy, gdzie rosyjska 9. Armia próbowała rozdzielić austro-węgierskie armie 1. i 4. Koniec batalii w której wzięło udział ok. 400 tys. żołnierzy nastąpił 25. listopada. Po 10 dniach Rosjanie pod dowództwem gen. Radkę Dymitriewa, próbowali wbić się w obszar forteczny po linii słabiej bronionych rozlewisk Wisły od strony wschodniej. 5-6 grudnia 1915 na pozycji Kaim pod Wieliczką, rozpoczęto natarcie zagrażające Rosjanom odcięcie ich sił. Nie udało się to, jednak Rosjanie zmuszeni zostali do odstąpienia od Krakowa. Czasowa stabilizacja frontu dała Państwom Centralnym niezbędny czas do przygotowania największej na froncie wschodnim operacji przełamania pod Gorlicami wiosną 1915 r. Twierdza Kraków spełniła całkowicie zadanie pewnego, bezpiecznego, centralnego punktu oparcia dla frontu.