Valmieras viduslaiku pils bija Livonijas ordeņa mestra pils ar priekšpili un nocietinātu Valmieras pilsētu 13.-17. gadsimtā Gaujas labajā krastā pie senā Livonijas ordeņa Gaujas koridora lielceļa (Via magna) sazarošanas vietas (uz Burtniekiem, uz Valku, uz Trikātu). Mūsdienās saglabājušies vienīgi priekšpils mūra sienas fragmenti.
Pēc 1224. gada Tālavas dalīšanas līguma Valmieras pilsnovads nokļuva Zobenbrāļu ordeņa pārvaldē. Pēc Zobenbrāļu ordeņa sagrāves 1237. gadā Valmieru pārņēma Livonijas ordenis. Rusova Livonijas hronikā minēts, ka Livonijas ordeņa mestrs Villekens no Endorpas 1283. gadā cēlis trīs pilis - Valmieru, Burtniekus un Trikātu. 1323. gadā Valmiera pirmo reizi pieminēta kā "Valdemāra pilsēta". 1413. gadā Žilbērs de Lanuā Valmieru aprakstīja kā nocietinātu pilsētu: "No turienes Siguldas pils uz priekšu es vienmēr devos pa minēto Livonijas zemi no vienas pilsētas uz otru, pa starpām arī pa pilīm, nocietinātām vietām un komandantūrām, kas piederēja minētā ordeņa mestram, un es nonācu kādā lielā nocietinātā pilsētā, vārdā Cēsis, un arī Valmierā (Weldemaer), kas ir nocietināta pilsēta un komandantūra (ville fermée et commanderie)."
Valmieras pils un pilsētas shēma zviedru laikos 1688. gadā.
Livonijas kara laikā 1560. gadā krievu karaspēks vaivada Pētera Šuiska vadība aplenca un bombardēja Valmieru, tomēr cietoksni ieņemt nespēja. Atkārtotā uzbrukumā 1562. gadā krievi atkal nespēja pārvarēt labi nocietinātā Valmieras cietokšņa sienas, toties izpostīja pilsētas apkārtni. 1577. gada sākumā Livonijas karalis Magnuss un Krievijas cars Ivans IV nolēdza Pleskavas līgumu, kurā tika apstiprinātas visas agrākās Magnusa tiesības uz zemēm Livonijā, kas atradās uz ziemeļiem no Gaujas. Pēc Magnusa 24. augusta uzsaukuma viņam padevās Valmieras un citu Vidzemes piļu aizstāvji. Tomēr drīz vien Valmieras cietoksni septembra sākumā atkal aplenca krievu karaspēks, pilsētas aizstāvji piekrita sarunām, tomēr tika sagūstīti un apmēram 70 no viņiem tika sacirsti gabalos. Pārējos aizveda gūstā uz Krieviju, 1577.-1582. gadā cietoksnī atradās krievu karaspēks. Pilī esot uzturējies arī Ivans IV, no kurienes viņš 1577. gadā rakstīja vēstuli Lietuvas pusē pārgājušajam kņazam Kurbskim.Pēc kara beigām 1582. gada Jamas Zapoļskas miera līguma sarunu laikā krievi Valmieras pili dēvēja par Володимерец, pēc līguma noslēgšanas Valmieras novadu iekļāva Polijai-Lietuvai piederošās Pārdaugavas hercogistes Cēsu vaivadijā.
Poļu-zviedru kara (1600-1629) gaitā Polijas-Lietuvas armija lielhetmaņa Jana Zamoiska vadībā pēc aplenkuma 1601. gada 19. decembrī ieņēma Valmieru. 1622. gadā Valmieras pils nonāca Zviedrijas valsts kanclera Aksela Oksenšernas pārvaldījumā. Pils pilnīgi nopostīta 1702. gadā Lielā Ziemeļu kara laikā, kad krievu karaspēks uzbruka pilsētai un aizdedzināja pili.
Arheoloģiskie izrakumi liecina, ka Valmieras ordeņa pils sastāvēja no neregulāra četrstūra formas galvenās pils pie Rāts upītes gravas, divām priekšpilīm un diviem pils torņiem. Pils mūru biezums bija 2,25 metri, sienu garums 100 m, platums 30-50 m. Sienas iekšpusē atradās pagalms ar gar sienām izbūvētām dzīvojamām ēkām un noliktavām. Pils dienvidu pusē atradās Gaujas stāvkrasts, austrumu un ziemeļu pusē Rāts upītes grava ar dzirnavu ezeru. Rietumu pusē pie baznīcas bija divi pils torņi, kas nav saglabājušies, un 6 m dziļš un 30 m garš aizsarggrāvis ar paceļamo tiltu. Pils nocietinājumi bija savienoti ar pilsētas mūri, no kuriem atsegti vienīgi Rīgas vārtu pamati.
