Le Martinsburg a été construit à la fin du XIIIe siècle comme un avant-poste pour la perception des droits de douane de Mayence. Depuis 1292, le prince-électeur et l'archevêché de Mayence avaient obtenu l'autorisation du roi Adolf de Nassau pour garantir des parts dans le péage de Boppard. Comme le château de Lahneck se trouvait à une certaine distance du Rhin sur une colline, un bâtiment solide a été érigé directement au bord du Rhin pour assurer la perception du péage rhénan. Il est probable qu'à cet endroit, un bâtiment fortifié had déjà été construit au milieu du XIIIe siècle pour surveiller la navigation, mentionné dans un document en 1244.

Les plus anciens éléments du château comprennent une tour résidentielle rectangulaire, équipée de deux tours d'angle, ainsi que les fondations de la tour principale hexagonale au sud de l'ensemble. Le donjon de 28 mètres de haut, qui se trouve aujourd'hui à cet endroit, a été construit vers 1400 et possède une tour d'escalier et des toilettes attenantes.

Dans le cadre de la construction des murs de la ville d'Oberlahnstein après 1324, le Martinsburg a également été agrandi. Il constituait le coin sud-ouest de l'enceinte de la ville. Du côté de la ville, le château de plaine était protégé par un fossé et une porte solide, à côté de laquelle une fenêtre à crosse est encore visible aujourd'hui. Des structures dépassant le portail du château permettaient de verser de la poix ou de l'huile chaude sur les assaillants. La fortification vers la ville était nécessaire, car celle-ci pouvait être conquise par des ennemis et le château restait alors le dernier refuge des fonctionnaires de Mayence. Mais une révolte de la population urbaine contre leurs seigneurs épiscopaux et princes électeurs n'était pas non plus exclue. En tant que château urbain de l'Oberlahnstein économiquement en plein essor, il abritait le préposé aux douanes et le personnel douanier, les portiers et les guetteurs de tours ainsi que d'autres aides.

Le château d'eau n'a jamais été détruit, mais a été modifié jusqu'à la fin de son appartenance à Kurmainz en 1803 par des ajouts et des modifications. Ainsi, déjà au XIVe siècle, l'aile nord-ouest a été ajoutée, suivie en 1497 de l'actuelle aile sud-est. Entre 1719 et 1721, le vide côté Rhin, qui était encore présent à l'époque, entre la tour résidentielle médiévale et le donjon, a été comblé par un bâtiment central de trois étages dans le style baroque.

En tant que résidence secondaire occasionnelle des princes électeurs de Mayence, le château de Martinsburg a largement dépassé en importance le château de Lahneck depuis la fin du Moyen Âge.