Şehrin kuzeyinde, Çaltı Irmağı’na bakan kayalığın üzerindedir. Bazı bölümlerin MS IX. yüzyılda Pavlikanlarca yapıldığı sanılmaktadır. Divriği Kalesi, günümüze ulaşabildiği kadarıyla, değişik altyapısına rağmen, büyük kısmı Mengücekoğullarınca gerçekleştirilen ve ayakta kalabilen en önemli belki de tek Anadolu Türk kalesidir. İç ve dış kale olmak üzere iki bölümdür. Dış kalenin sur uzunluğu yaklaşık 1.000 metre, iç kalenin yıkılı bulunan surları ile 1.500 metredir. Kalenin kuzey-güney açıklığı 400 metre, doğu-batı eni ise 200 metre kadardır. Dış ve iç kaleyi meydana getiren duvarlar boyunca birçok burç vardır. Bunlar kare, poligonal ve dairesel planlıdır.

Dış Kale

Güneybatı ve batı yönlerinde iki kapı ile şehre açılır; ancak, birinci kapı sonradan örülmüştür. İkinci kapı, biri dairesel diğeri üçgen planlı ve içi dolu olan burçvari iki çıkıntı arasında dar bir alan üzerindedir ve bu kapı bugün yıkık durumdadır. Doğu kesimdeki surların yüksekliği beş-sekiz metre arasındadır. Duvarlar uçurumların yapısına uyan bir çizgi izlemektedir. Örgü tamamen moloz taşlarla inşa edilmiştir. Güneydoğu duvarları, moloz örgü yerine düzgün örgülü surlar ile başlamaktadır. Anıtsal Arslanlıburç, buradadır. Bu büyük kale ve yanındaki burçlar çokgen planlıdır. Arslanlıburç, iç kaleyi meydana getiren ikinci sıra surların başladığı köşede yer almaktadır. Yanındaki surları yıkıldığı halde asıl görünüş ve yapısından çok az şey kaybederek sağlam kalmıştır. Güney duvarı, Arslanlıburç’un altından başlamaktadır. Üç burca dayalı olarak batıya doğru devam etmektedir. En yüksek bedenler buradadır.

İç Kale

Arslanlıburç’tan kuzeye doğru devam eden düz bir çizgi üzerindeki iç kale surları, bir-iki burç ayağı ve beden temeli dışında yerle bir olmuştur. İç kale kapısının merkezde olduğu sanılmaktadır. Bu kesimin en önemli savunma kalesi Arslanburç’tur. Kalede, en önemli eser olarak Kale Camii bulunmakta, ayrıca sarnıç, havuz harabeleri, ev temel yerleri görülmektedir. Divriği Kalesi, çok az yabancı iz taşıyan Anadolu Türk kalelerinden biri ve en eski tarihlisi olması bakımından önem taşımaktadır.