Die äußeren Verteidigungsanlagen wurden Abschnittsweise erweitert, so dass man heute insgesamt
vier Tore passieren muss. Um 1300 wurde die Burg zunächst durch einen gebrochen-ovalförmigen inneren
Zwinger umfasst, in der 2. Hälfe des 14. Jh.s folgte ein nördlicher und östlicher Außenzwinger. In der 1. Hälfte des 15. Jh.s wurde eine Verstärkung durch ein Zugbrückentor sowie der vorgelagerte rheinseitige Außenzwinger mit runden Schalentürmen errichtet. Schließlich ist die Marksburg auch ein Beispiel für den versuchten festungsartigen Ausbau einer mittelalterlichen Burg. So wurde im 16. Jh. die zum Rhein gerichtete „
Große Batterie“ über der heutigen
Schmiede hinzugefügt. Schließlich wurden gegen Ende des 30jährigen Krieges die Eckbastionen errichtet sowie zur Talseite die
Kleine Batterie.
Von besonderer baugeschichtlicher und burgenkundlicher Bedeutung sind die Bauaufnahmen von
Wilhelm Dilich, die die Burg im Zustand
1607/08 zeigen.
In den Jahren nach
1900 wurde die Burg von
Bodo Ebhardt, einem der führenden deutschen Burgenforscher und Architekten, unter zu Hilfenahme dieser Pläne umsichtig restauriert.
Heute setzt die
Deutsche Burgenvereinigung, die hier ihren Sitz hat, diese Arbeiten nach aktuellem Kenntnisstand fort. So erhält die Burg schrittweise wieder ihr spätmittelalterliches Erscheinungsbild mit Außenputz und farbiger Fassung zurück.