Строительством крепости руководил Голоппо — итальянец, принявший ислам. В строительстве также принимали участие несколько французских инженеров.

Ени-Кале имела важное стратегическое значение — расположенная в самой узкой части пролива крепость, вооружённая мощными пушками, контролировала проход кораблей между Азовским и Чёрным морями. Кроме того, Ени-Кале служила резиденцией турецкого паши.

Крепость имела в плане форму неправильного пятиугольника и, следуя крутому рельефу, была расположена на нескольких уровнях. По углам находились пять полубастионов, способных выдержать длительную осаду и мощный артиллерийский огонь. Некоторые из них были далеко выдвинуты за периметр стен. Таким образом, значительно увеличивалась площадь поражения противника и появлялась возможность флангового обстрела территории, примыкающей к стенам. Дополнительным ярусом обороны служил ров, окружавший крепость с трёх сторон, за исключением прибрежной стороны.
 
Крепостные ворота и остатки стен крепости Ени-Кале

Ени-Кале занимала территорию площадью около 2,5 га, и в её состав входили: два пороховых склада, арсенал, жилые дома, водяной резервуар, баня, мечеть. Около 800 турецких и 300 татарских солдат составляли гарнизон Ени-Кале. Серьёзной проблемой был недостаток пресной воды — единственный колодец в крепости не мог обеспечить водой всё её население. Поэтому для подачи воды построили керамический подземный водопровод, соединявший Ени-Кале с источником, расположенным в нескольких километрах от крепости.

Летом 1771 г. русская армия начала вторжение в Крым. Ени-Кале была без боя захвачена частями Второй армии генерал-майора Н. В. Борзова. Турецкий гарнизон, несмотря на большое подкрепление, прибывшее на кораблях за несколько дней до появления русских, оставил крепость. В 1774 г. по Кючук-Кайнарджийскому договору Керчь и Ени-Кале были переданы России.

К концу XVIII века Ени-Кале утратила военное значение, и в 1835 г. на её территории разместились постройки военного госпиталя. Во время Крымской войны 1853—1856 гг. крепость была частично отремонтирована, а внутри установили несколько береговых батарей. 12 мая 1855 г. они вступили в бой с английской эскадрой, вошедшей в Керченский пролив. Но пушки давали недолёт, поэтому русское командование отдало приказ заклепать орудия, взорвать пороховые погреба и оставить позиции. В 1880 г., после упразднения располагавшегося внутри крепости военного госпиталя, Ени-Кале была окончательно заброшена.

Во второй половине XX века в крепости провели ряд реставрационных работ, и Ени-Кале был присвоен статус памятника архитектуры, охраняемого государством. В наши дни Ени-Кале является одной из достопримечательностей Крыма.

Непосредственно по территории крепости проложена железная дорога от Керчи в сторону переправы порта Крым; вибрация в результате движения поездов создает угрозу постепенного разрушения памятника.