L'intérêt du site avait été remarqué par les ducs de Lorraine dès le XIIème siècle.

En 1297, le comte de Deux-Ponts (Zweibrücken) Eberhardt II, qui venait d'hériter en fief de la seigneurie et du château, décida d'y établir le siège de son gouvernement. En 1572, le duc de Lorraine Charles III, poursuivant une politique d'agrandissement de ses Etats, prétexta l'extinction de la famille de Deux-Ponts et sa volonté de maintenir la seigneurie de Bitche dans la foi catholique pour faire la commise de son fief et reprendre le château.
Celui-ci devint, après le règlement en 1606 du différend opposant les ducs de Lorraine et les comtes de Hanau-Lichtenberg, un de ceux les mieux défendus du duché.

Au cours de la Guerre de Trente Ans, les Français prirent possession de la place en 1634. Le refus du duc Charles V d'accepter les conditions de Louis XIV au traité de Nimègue (1679) eut pour conséquence l'annexion de la Lorraine. Vauban, à partir de 1681, fut chargé de modifier totalement le système de fortification de la place de Bitche. Profitant de la hauteur du site mais contraint par l'étroitesse du rocher, Vauban appliqua ses théories de fortification tout en les adaptant. L'étagement des feux fut assuré par la scission du rocher entre un corps central, une demi-lune à l'ouest (la Petite tête) et un ouvrage à cornes (la Grosse tête) à l'est.
Le flanquement fut assuré par quatre bastions accolés au corps central. Cette première Citadelle ne vécut pourtant que fort peu de temps. En 1697, le traité de Ryswick rendit la Lorraine au duc Léopold. Les Français, contraints de quitter Bitche, prirent soin de détruire toutes les fortifications qu'ils venaient d'y construire.