Il Castello di Marmilla è uno dei più affascinanti presenti in Sardegna, grazie alla sua posizione scenografica sulla sommità di un colle perfettamente conico, che domina l'ampia e bassa pianura circostante.
Citato in un documento del 1164, quindi presumibilmente edificato entro la metà del XII secolo, il Castello ebbe alterne vicende e diversi padroni, a partire da Barisone I di Lacon-Serra d'Arborea, per passare poi fino al 1192 in mano ligure. Per tutto il XIII secolo la fortificazione fu inserita nei domini del regno d'Arborea, per poi finire nuovamente in mano ai pisani. A partire dal 1324 il Castello fu conteso tra gli arborensi e gli aragonesi. Nel 1409, in seguito alla famosa battaglia di Sanluri, svoltasi in località "Bruncu de Sa Battalla", che si concluse con la sconfitta degli arborensi, il Castello de Marmilla fu infeudato dall’iberico Pietro de Besalù per essere acquistato, nel 1541, dall'aragonese Açor Zapata, con un atto di investitura firmato da Carlo V, Imperatore e Re di Sardegna.
 
L’edificio, costruito su un basamento roccioso adeguatamente regolarizzato, ha una pianta esagonale irregolare, allungata lungo l’asse nord-ovest sud-est, e sfrutta interamente lo spazio sommitale.
L’analisi delle murature e i risultati dello scavo archeologico denotano una serie di fasi costruttive. Una vasta cinta di mura delimita la fortificazione di circa 550 mq: all’interno vi sono i resti di una cisterna e di due torri, di cui una a Nord e una a Sud, in prossimità dell'entrata.
La presenza di documenti archeologici piuttosto tardi rimanda a un utilizzo, seppur parziale, di alcuni ambienti ancora in età moderna, durante i tempi della Sardegna feudale (XV-XVI secolo), quando il Castello fu parte integrante dei possessi della Baronia di Las Plassas e fu utilizzato come carcere mandamentale fino all’Ottocento.

Attualmente sono visibili la torre maestra e le murature, perimetrali e interne che, seppur interessate da un degrado profondo, consentono di osservare le tecniche costruttive e le scelte adottate nei continui rifacimenti, nei restauri e nelle opere di potenziamento.
La struttura è realizzata con cantoni di arenaria tagliati con precisione; alla base della torre settentrionale sono state utilizzate pietre bugnate. È visibile l’articolazione degli ambienti interni: quelli dove soggiornava la guarnigione, i magazzini e i depositi, la corte d’armi, l’ingresso protetto dal punto di guardia e la grande cisterna interrata, che insieme a una seconda cisterna, localizzata a ridosso del muro perimetrale nord-occidentale, costituiva la preziosa riserva d’acqua.

Alla definizione della planimetria si aggiungono i tantissimi reperti, prevalentemente ceramici, ma anche metallici, i vetri, i tanti resti di pasto, che ci danno un quadro esaustivo sulla vita quotidiana della guarnigione in una fortificazione di frontiera quale era il Castrum Mamillae.