En 1555, el Almirante francés Nicolau Durand de Villegaigon montó dos bocas de fuego en el pequeño cabo localizado a la derecha de quien entra en Barra de Río, controlando el canal, y alcanzando con fuego los Fuertes de Copacabana, Laje, São João y Imbuí. Estaba instalada la fortaleza que seria dominada en 1567 por el Gobernador General Mem de Sá y elevada, el mismo año, a la categoría de Cañonería, por Salvador de Sá, que le dio el nombre de Cañonería de Nossa Senhora da Guia. En 1599 se impide, desde la fortaleza, la entrada en la Bahía de Guanabara a la armada del corsario holandés Oliver Van Noorth.

Ya en 1612, contando entonces con veinte bocas de fuego, pasa a ser llamada de Fortaleza de Santa Cruz de la Barra, siendo su regimiento aprobado el 24 de Enero de 1613 por D. Álvaro Silveira e Albuquerque Gobernador de la ciudad, que fue el responsable de la orden de construcción de cinco celdas en la roca, con dos metros de altura y sesenta centímetros de ancho, destinadas a presos políticos. Durante todo el siglo XVIII y hasta el inicio del siglo XIX la Fortaleza es mantenida en completo y permanente estado de guerra.

En Diciembre de 1831, pasa a funcionar como presidio político, contando con cámara de tortura y plaza de ahorcamiento. Esta situación permanece hasta 1911 y la Fortaleza vuelve a ser presidio del Ejército en 1968.

En el siglo XIX, década del 60, las instalaciones son ampliadas: se construyen dos órdenes de casamatas (veinte en el primer piso y veintiuna en el segundo) y una cañonería con cañones de mayores calibres, se levantan las murallas, y concluida la reconstrucción del depósito de pólvora y, al lado del depósito grande, es construido un salón con más de 200 m², con techo piedras de granito saltadas, talladas a mano y unidas con aceite de ballena, cal y mariscos triturados. En 1882, la Fortaleza es dotada de enfermería, farmacia e iluminación de gas carbónico.

En esa ocasión, la Fortaleza sería la sede del cuartel del primer Batallón de Artillería a Pié, creado el 18 de Noviembre de 1879. El primero de Agosto de 1917 fue creado el primer Grupo de Artillería de la Costa. El 5 de Julio de 1922 la Artillería bombardea el Fuerte de Copacabana y el 4 de Noviembre de 1924 responde al bombardeo del encorazado São Paulo que, entretanto, consigue atravesar la barra. El último disparo producido por las tropas de la Fortaleza de Santa Cruz fue un tiro de advertencia, en 1955, contra el crucero Tamandaré.

La Fortaleza de Santa Cruz, con su complejo arquitectónico imponente y grandioso, causa al observador el impacto del susto y el apaciguamiento de la belleza. Las celdas de prisioneros, el recuerdo de las cámaras de tortura, las rejas impenetrables que miran a la antigua fuerza vigilada por una guarita interna, las marcas de fusilamiento en el paredón, hablan de tiempos remotos y hasta más recientes, que deben ser documentados pata no ser repetidos, la capilla de Santa Bárbara, en estilo colonial, la visión del mar y del cielo en eterno encuentro y la presencia de la fuerza del hombre en construcción que desafía la naturaleza, son apenas elementos representativos de la esperanza de que la Fortaleza sea, para siempre, apenas esto: un documento histórico de la capacidad humana, un lugar en que se encuentre la posibilidad de reverenciar el encuentro de la producción cultural, artística y artesanal con el mundo natural.