El conjunto que forman la muralla y el alcázar de Buitrago del Lozoya fue declarado Monumento Nacional en 1931. Se trata del recinto amurallado mejor conservado de la Comunidad de Madrid y es la gran joya patrimonial de este término municipal, centro neurálgico del Valle Medio del Lozoya. La localidad con más historia de la Sierra Norte madrileña es además, desde el año 1993, Conjunto Histórico Artístico y Bien de Interés Cultural. Buitrago fue fundado por los romanos, comenzó a vivir su etapa de mayor esplendor a finales del siglo XI y llegó a convertirse en una importante ciudad comercial durante la Edad Media.
La muralla, que se construyó en distintas fases, comenzó a levantarse durante el periodo musulmán, dentro del proceso de reforzamiento de la frontera que emprendió Ab-al.Rahman III para controlar las rebeliones internas y las incursiones cristianas a través del Sistema Central. Las obras continuaron durante los primeros tiempos de la Reconquista y las restauraciones fueron continuas durante los 400 años posteriores.
Presenta las características propias de las fortalezas musulmanas y cuenta con un perímetro aproximado de 800 metros, tres puertas, numerosos torreones macizos, una parte de la barbacana que no sobrepasa los cuatro metros de altura y los dos de grosor y una coracha apéndice de muralla que se introduce en el río y cuya función era cubrir el acceso al agua en caso de sitio.
A lo largo de la muralla pueden distinguirse dos partes diferenciadas: el adarve bajo y el adarve alto. El primer tramo transcurre paralelo al río, no excede de los seis metros de altura ni de los dos metros de grosor y no presenta ni torres ni cubos, pues eran innecesarios. El adarve alto da al valle, su altura es heterogénea y nunca baja de los nueve metros y su espesor es de 3,5 metros. Al ser la zona más vulnerable, tiene abundantes elementos defensivos como torreones macizos, una barbacana, un foso, una coracha, un alcázar y la característica Torre Albarrana, también conocida como del Reloj y donde se sitúa la puerta principal de entrada al recinto amurallado, un acceso en recodo con un arco doble de herradura hacia el interior y uno ojival hacia el exterior. Es de planta pentagonal y se encuentra en un tramo donde los muros alcanzan los 16 metros.
Lo más destacado del conjunto son los restos del castillo, que pueden verse en la esquina sureste del recinto amurallado, a orillas del Lozoya. En ellos todavía se aprecia el marcado estilo mudéjar del antiguo alcázar, construido entre los siglos XIV y XV, si bien se supone que existió una fortaleza anterior de origen musulmán, pues existen referencias escritas del siglo XII. La construcción, de ladrillos dispuestos en bandas horizontales y mampostería, estuvo vinculada desde la Reconquista a la poderosa familia de los Mendoza, que constituyó la Comunidad de Villa y Tierra de Buitrago, y fue residencia de Diego Hurtado de Mendoza y Luna, Duque del Infantado. En ella, además, han morado Íñigo López de Mendoza, Marqués de Santillana, y Juana la Beltraneja.
El castillo es de planta rectangular, tiene un patio de armas central y varios torreones de piedra y distintas formas. Sus elementos más destacados son el conjunto de bóvedas de cubrición, formadas por arcos de medio punto o aproximación de hiladas, y la puerta de acceso, que se encuentra en recodo en una de las torres.