Çanakkale Boğazı’nın girişini savunmak amacıyla Anadolu yakasındaki Kumkale ile birlikte 1659 yılında inşa ettirilmiştir. Seddülbahir’in inşası, Venediklilerle Girit Adası üzerinde süregelen uzun savaşın yeniden başlaması ile birlikte, Kilitbahir ve Kale-i Sultaniye’nin Boğaz savunması için yetersiz kaldığı düşünüldüğü için başlatılmıştır. Bu sebeple, karşı kıyıdaki Kumkale ile birlikte Seddülbahir Kalesi, Venediklilerin Boğaz saldırılarının karşılandığı ilk savunma hattını oluşturmak amacı ile inşa ettirilmiştir. IV. Mehmet’in annesi, Hatice Turhan Sultan tarafından yaptırılmıştır. Turhan Sultan’ın vakfiyesinde Seddülbahir Kalesi’nin kuruluş aşaması ile ilgili bilgilere ulaşmak mümkündür.
Mevcut arşiv kayıtlarında, Seddülbahir Kalesi’nin mimarının kim olduğu hakkında kesin bir bilgiye ulaşı lamamaktadır. Evliya Çelebi, işlerin yürütülmesinden sorumlu Ankebud Ahmed Paşa’nın ismini vermekte; kalenin mimarından ise sadece unvanı ile bahsetmektedir. Naima ise İstanbul’dan gönderilen saray mimarlarından bahsetmekte; ancak isim vermemektedir. Turhan Sultan’ın kaleleri inşa edilirken saraydaki baş mimarın Mustafa Ağa olduğu göz önünde bulundurularak mimarının Mustafa Ağa olduğu varsayımında bulunulabilir.
Kale, Çanakkale Muharebeleri sırasında 12 adet top ile savunmaya katılmıştır. 3 Kasım 1914’te müttefikler tarafından bombalanmış olup bu saldırı ile Türk tarafı ilk şehitlerini vermiştir. Sonraki süreçte Birleşik Filo, Boğaz’ın giriş kısmındaki savunmayı yok etmek için 19 Şubat 1915 ve 25 Şubat 1915’te kaleyi tekrar hedef almıştır. Bu saldırılar ile birlikte Seddülbahir Kalesi etkisiz hale getirilmiştir. 26 Nisan 1915 tarihinde İngilizler tarafından; 27 Nisan 1915 tarihi itibariyle de Fransızlar tarafından ele geçirilmiştir.