Το κάστρο της Αγίας Μαύρας, που δεσπόζει στην είσοδο του νησιού είναι ένα από τα πιο επιβλητικά μεσαιωνικά κτίσματα στην Ελλάδα και αποτελεί πρότυπο οχυρωματικής τέχνης εκείνης της εποχής. Χτίστηκε γύρω στα 1300 από τον Φράγκο ηγεμόνα Ιωάννη Ορσίνι, όταν πήρε τη Λευκάδα ως προίκα για το γάμο του με την κόρη του Δεσπότη της Ηπείρου Νικηφόρου του Α'.

Το κάστρο προστάτευε την πρωτεύουσα του νησιού και αποτελούσε τη σημαντικότερη αμυντική του θωράκιση απέναντι στους πειρατές και τους άλλους εχθρούς, από την πρώτη δεκαετία του 14ου αιώνα ως το 1684. Το 1479 κατελήφθη από τους Τούρκους που έχτισαν μια μεγάλη τοξωτή γέφυρα, με 360 καμάρες, που διέσχιζε τη λιμνοθάλασσα από την παραλία έως τη θέση Καλκάνη, στηρίζοντας τους σωλήνες ενός υδραγωγείου που έφερνε νερό στο κάστρο. Το έργο αυτό, που χαρακτήριζε ολόκληρη την περιοχή, καταστράφηκε από τους σεισμούς. Κάποια ίχνη του σώζονται σήμερα μέσα στη λιμνοθάλασσα.