Un premier château attesté au XIIe siècle est détruit peu avant 1200. Sans doute reconstruit dans la foulée, il est à nouveau mentionné en 1206. Il est pris et assiégé en 1227 par l'évêque de Strasbourg. La forteresse reste dans le patrimoine du pontife alsacien, jusqu'à son sac par les Suédois en 1632.

La forteresse occupe un éperon en granit surplombant de plus de 300 mètres la plaine d'Alsace. Selon Charles-Laurent Salch, le Bernstein est le plus ancien château-palais alsacien type XIIIe siècle, érigé sur les contreforts vosgiens.
Une grande tour-beffroi (bergfried) pentagonale à éperon acéré est dressée du côté de l'attaque. Elle possède comme tout le reste de la place un beau parement en bossage rustique, lui conférant une indéniable majesté. Cette tour avait pour double fonction de servir de point de guet, mais également de bouclier aux bâtiments édifiés dans son sillage. On y accédait par une porte unique percée en hauteur. Elle n'avait aucune vocation résidentielle mais était pourvue de latrines pour la garnison.

On trouvait derrière, en enfilade, une citerne coincée entre le mur oriental de la tour et le palais de plan rectangulaire. Ce dernier n'était éclairé que par une série de fenêtres situées au premier niveau de la courtine sud, légèrement en redans afin d'échapper aux tirs ennemis. Une petite tour carrée en contrôlait l'accès. Elle abritait la chapelle. Elle faisait également le lien avec une basse-cour de dimensions restreintes où se dressaient notamment les communs.

Au XVIe siècle, une autre cour adaptée à l'usage des armes à feu fut construite au sud-ouest. Un puits accessible par une galerie approvisionnait cet ouvrage avancé en eau.
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