Die Festung Poltawa wurde das erste Mal in einem Plan des französischen Militäringenieurs Guillaume le Vasseur de Beauplan erwähnt. De Beauplan hat in den Jahren 1630 bis 1647 Befestigungsbauten in der Ukraine durchgeführt. 1649 wurde Poltawa zum Verwaltungszentrum des neu gegründeten ukrainischen Kosakenregiments, dessen erster Oberst Martin Puschkar war. Diese Festung spielte im System der Verteidigungsbefestigungen gegen unzählige Horden, die in die Ukraine eindringen wollten, eine bedeutende Rolle. Sie stand auf dem erhöhten rechten Ufer der Worskla. Außer von Nordwesten wurde die Festung durch steile Abhänge, die damals in ein stark versumpftes Tal führten, umgeben.
    Im Jahr 1658, bald nach der Unterzeichnung des Vertrages von Perejaslav, wurde die Festung teilweise saniert. Im Vorfeld der Schlacht von Poltawa wurde die Festung erweitert sie bestand jetzt aus zwei Teilen, geteilt durch die Masurowsche Schlucht. An der äußeren Verteidigungslinie baute man 10 Festungstürme und 5 Türme für die Verteidigung der Festungstore. Die Erdbefestigungen wurden durch Palisaden verstärkt. Ende des Jahres 1708 wurde Oberst Alexej Kelin zum Kommandanten der Festung ernannt. Die Garnison der Festung umfasste 4182 Personen.
    Ende April 1709 rückte die Schwedische Armee unter der Führung von Karl XII. auf Poltawa vor. Die meisten Belagerungs Laufgräben befanden sich an der südwestlichen Seite der Festung. Die schwedischen Kampfhandlungen beschränkten sich auf den Aushub von Gruben und die Aufstellung von Pulverladungen. Die Verteidiger der Festung haben durch unzählige Ausfälle die Ladungen immer wieder entschärft und so dem Gegner Verluste beigebracht. Nach der Schlacht wurde die Belagerung aufgegeben. Die Reste der Schwedischen Armee begannen den Rückzug nach Süden zum Fluss Dnjepr hin.
    Das letzte Mal wurde die Festung Ende der 20er Jahre des 18. Jahrhunderts repariert. Nach der Unterzeichnung des Vertrages mit der Türkei im Jahre 1774 wurde die Grenze des Russischen Imperiums in den Süden verschoben. Dadurch hat sie ihre strategische Bedeutung verloren. Die letzten überreste der Befestigung wurden 1817 im Zuge der Vorbereitungen auf den Besuch von Zar Alexander I. in Poltawa beseitigt.