Zamek w Homlu znajdował się na wysokim prawym brzegu rzeki Sozh, w pobliżu zbiegu rzeki Gomiya (Gomejuka). Został zbudowany na miejscu starego aresztu, otoczonego palisadą i ziemnym wałem, który stał tam od IX wieku.
Do połowy XVI wieku, wraz z wałem ziemnym, który był stale uzupełniany, Zamek w Homlu był oddzielony od miasta fosą obronną o szerokości 30-35 metrów, w wyniku czego długość obwodu fortyfikacji wynosiła 460 metrów. Sam zamek przypominał wydłużony owal o długości 200 metrów i szerokości 90 metrów, a jego całkowita powierzchnia wynosiła 1,3 hektara.
Fortyfikacje obronne zamku w Homlu obejmowały również piętrowe drewniane wieże, bramę wjazdową z mostem podnoszonym nad fosą oraz mury miejskie z galerią bojową. Aby zapobiec gniciu, drewniane ściany zamku zostały pokryte gliną do znacznej wysokości. Oprócz funkcji ochronnej, glina służyła również jako środek przeciwpożarowy. Ważnym dodatkiem do obrony było tajne podziemne przejście z zamku do rzeki Sozh, aby uzupełnić zapasy wody podczas oblężeń.
Wraz z systemem fortyfikacji, zamek w Homlu posiadał dodatkowe fortyfikacje miejskie. Miasto było otoczone ziemnym wałem z drewnianymi ścianami i wieżami, a wejście do niego prowadziło przez cztery bramy.
Po tym, jak pod koniec lat 30. XIV wieku zamek w Homlu stał się częścią Wielkiego Księstwa Litewskiego, zajął ważne miejsce w obronie południowo-wschodniej części księstwa. Niejednokrotnie zamek zdołał wytrzymać oblężenia, w tym coroczne ataki wojsk Wielkiego Księstwa Litewskiego w latach 1500-1535. W tym czasie Homel znajdował się pod kontrolą cara moskiewskiego, ponieważ w 1499 r. książęta Możajskie, którzy wcześniej rządzili miastem, odmówili przyjęcia katolicyzmu i wraz z Homlem przeszli na stronę księstwa moskiewskiego. Dopiero w 1535 r. silna armia Zygmunta I pod dowództwem hetmana WKL Jerzy Radziwiłła była w stanie zwrócić Homel i miasto Litwie.
Ze względu na swoje położenie geograficzne zamek w Homlu brał udział w prawie wszystkich głównych i granicznych wojnach Wielkiego Księstwa Litewskiego. W 1576 r. został na krótko zdobyty przez wojska Iwana Groznego podczas wojny inflanckiej, ale wkrótce wojska WKL odbiły miasto. W 1581 r. wojska moskiewskie ponownie oblegały miasto, ale tym razem nie udało im się go zdobyć.
Zamek w Homlu przetrwał również oblężenia podczas buntu Bogdana Chmielnickiego i trzynastoletniej wojny między Księstwem Moskiewskim a Rzeczpospolitą Obojga Narodów. Te dwie wojny miały znaczący wpływ na fortyfikacje, ale według ówczesnych raportów nadal zachowały one swoją siłę.
W 1737 roku książę Michał Czartoryski, ówczesny właściciel Homla, wybudował nowy zamek, który posiadał wieże z licznymi otworami strzelniczymi. Ponadto wzmocniono most zwodzony i pogłębiono fosy.
Po rozbiorach Rzeczypospolitej, Homel wraz z ziemiami WKL wszedł w skład Imperium Rosyjskiego i został podarowany hrabiemu Rumiancewowi. Wkrótce wieże i mury drewnianego zamku zostały zburzone, a wały rozebrane. Według planu B. Rastrellego z 1785 r. na miejscu dawnego zamku homelskiego rozpoczęto budowę istniejącego obecnie kamiennego pałacu.