1214 yılında Anadolu Selçuklu Hükümdarı İzzeddin Keykavus tarafından ele geçirilen kalede daha sonra savunmayı güçlendirmek için İç Kale oluşturulmuştur. İç Kale (Şimdiki Tarihi Cezaevi’nin bulunduğu alan), ana kalenin kuzeyinden güneyine inen dik bir surla kesilmesiyle meydana gelmiştir. Enine ikinci bir duvar ile iki bölmeye ayrılan iç kalenin güneyde kalan kısmı 9.500 m²'lik bir alanı kaplamaktadır. Tarihi Sinop Cezaevi bu alandan oluşmaktadır. Üç kesimden oluşan ana binanın önünde tek kubbeli bir Osmanlı Hamamı vardır. Ayrıca güneyindeki sur duvarlarında alanı tersaneye bağlayan iki adet kemerli kapı vardır.
Cezaevini çevreleyen iç kale 11 adet burç ile desteklenmiştir. Burçların yüksekliği denize hakim güney bedende 32 metre, kuzey-güney konumlu üzerinde 5 adet burç bulunan bedende ise 22 metre yüksekliğe ulaşmaktadır. Sur bedenlerinin yüksekliği 18 metre kalınlığı 3 metredir. Sur bedenleri ve burçların yapımı sırasında antik çağ mimari unsurları yoğun bir şekilde devşirme olarak kullanılmıştır.
İç Kale yapılışından itibaren aynı zamanda tersane olarak kullanılmıştır. Tersaneye ait iki büyük kemer sonradan kapatılmış olsa da güney bedende hala görülebilir durumdadır. İç Kale burçları 1560 yılından itibaren zindan olarak kullanılmıştır. Selçuklu Dönemi’nden itibaren uzun süre tersane ve zindan olarak kullanılan İç Kale 1882 yılından itibaren cezaevine dönüştürülmüştür.
Eski Cezaevi iki katlı olup, geniş U şeklinde kesme taştan yapılmış, çok sayıda penceresi olan bir yapıdır. Her bölümü yüksek avlu duvarları ile birbirinden ayrılmış bulunan üç bölümden oluşmaktadır. Yapıda 28 koğuş bulunmaktadır. Cezaevinde ana binadan ayrı olarak binanın güneydoğu cephesinde cezaevi ile aynı zamanda yapılan bir hamam, kuzey cephesinde kalan bölümde 1939 yılında yapılan çocuk ıslahevi ve İç Kale’yi oluşturan kuzey-güney konumlu surun doğu cephesine bitişik atölyeler bulunmaktadır.
1996 yılında tamamen boşaltılan cezaevi, günümüzde Kültür ve Turizm Bakanlığı tarafından bir açık hava müzesine dönüştürülmüştür.