È il monumento più caratteristico della città. Esempio di architettura fortificata, fu costruita sopra un precedente fortilizio. Gli Estensi la modificarono e ristrutturarono più volte: i loro interventi riguardarono soprattutto le bastionature ed il rafforzamento delle torri. L'aspetto della fortezza è tuttora quello del tempo degli Este, alla metà del Cinquecento.
Dopo la devoluzione del Ducato Estense allo Stato Pontificio (1598), la fortezza ha perso rilevanza strategica ed è stata adibita a sede delle attività del governatore pontificio. Le modifiche alla Rocca sono continuate nei secoli seguenti: risalgono alla fine del Settecento l'impianto del giardino pensile e la sostituzione del lato bastionato ad est con il porticato. Fa eccezione il torrione posto a nord-ovest, il cosiddetto "mastio di Uguccione della Faggiola" (Signore di Lugo nel 1297), che ha invece mantenuto il suo aspetto originale. Nell'Ottocento l'edificio venne leggermente amplificato con la costruzione di nuove sale di rappresentanza. In una di esse è conservato un ritratto di Gioacchino Rossini, che fu consigliere comunale per alcuni anni. La Rocca fu sede del governatore pontificio fino al 1859; poi fu incamerata dal Regno d'Italia.
La Rocca Estense ospita gli uffici dell'amministrazione comunale.
