Die mittelalterliche Burganlage wird in ihren ältesten Resten auf das 5. - 7. Jahrhundert datiert. Sie hat eine Fläche von 13 Hektar, das gesamte Stadtareal, auf dem auch die berühmten Urmenschen-Schädel mit einem Alter von rund 1,7 Millionen Jahren gefunden wurden, war rund 30 Hektar gross.

Dmanissi liegt gut geschützt auf einem Plateau über dem Zusammenfluss der Flüsse Maschawera und Pinesauri direkt an der wichtigen Durchgangsstrecke nach Armenien. Durch Zolleinkünfte und Handel soll Dmanissi durchaus wohlhabend gewesen sein, was sich auch durch die Mächtigkeit seiner Festungsanlagen und den grosszügigen Palast mit einem aufwendig beheizten Badehaus und einem recht grossen Weinkeller dokumentiert wird.

Um die Wende des 10.-11. Jh übernehmen armenische Könige die Herrschaft im Gebiet Bolnissi-Dmanissi, aus der Zeit stammt die zweite historische Bezeichnung des Gebiets: Somchiti. Später war Dmanissi Sitz arabischer Emire, erst 1123 gelingt es König Davit, dem Erbauer, die von Feinden stark beschädigte Stadt wieder zu erobern. Die bis heute gut erhaltene Festungsmauer stammt überwiegend aus dem 12. Jh. Als Stadt funktionierte Dmanissi bis zum 15. Jh., Plünderungen von Tamerlan bedeuteten ihr Ende. Danach spielte sie nur noch eine Rolle als Festung.

Die gesamte Festungsanlage war überschüttet und wurde in den 80-iger Jahren erst vollständig freigelegt. Die Kirche am Eingang der Burganlage stammt aus dem 8.- 9. Jh, der kleine Portikus mit seinen herrlichen Steinmetzarbeiten aus dem 13. Jh.