Появлению Переславского кремля предшествовала недолгая история города Клещина, находившегося в XI-XII веках несколько севернее по берегу Плещеева озера. В 1152 году Юрий Долгорукий перенёс крепость на более просторное место в устье реки Трубеж. Новая крепость была названа в честь южнорусского Переяславля (первоначально также называлась Переяславль, позже утвердилась форма Переславль). Была защищена естественными преградами — рекой Трубежем, речкой Мурмажем (ныне засыпана), а также специально выкопанным рвом Гроблей (ныне остался только пруд). Таким образом, крепость со всех сторон была окружена водой.
По приказу князя были насыпаны валы протяжённости свыше 2 км. В настоящее время высота валов составляет 10-12 м, ширина основания — около 30 м, ширина гребня — 6 м. В основании городского вала лежат дубовые и осиновые срубы в три венца, рубленные в обло. Они поставленные один за другим, каждый из них разделён внутренней стенкой на две клети и засыпан изнутри землёй.
В древности по гребню вала располагались двойные деревянные крепостные стены с башнями. Уже в 1194 году в период княжения во Владимире сына Юрия Долгорукого Всеволода Большое Гнездо деревянные стены и башни Переславского кремля были перестроены («Заложи великий князь Всеволод Переславль у озера июля двадцать девятого, того же лета и срублен»).
В XII-XIII веках это была вторая по мощности крепость Владимиро-Суздальской земли после Владимирского кремля. К воротным башням примыкали мосты. Количество башен раннего Переславского кремля неизвестно. По верху стен, видимо, шла галерея, защищённая «заборолами» (бруствером), за которым защитники кремля могли укрываться во время осады.
Долгое время единственным каменным сооружением в кремле был Спасо-Преображенский собор, сохранившийся до нашего времени. Рядом с собором, вероятно, в домонгольское время находились деревянные княжеские хоромы, связанные с хорами собора и городскими стенами лестничными башнями и переходами.
Кремль не раз захватывали и разграбляли ордынцы: в 1238 году после взятия Владимира татары «идоша к Переяславлю, и тот град взяша»; новое нападение состоялось в 1252 году после произошедшего неподалёку столкновения монголо-татарского отряда и дружины князя Андрея Ярославича, бежавшего от их произвола в Великий Новгород; в 1282 и 1293 годах ордынские отряды приводил сюда князь Андрей Городецкий, боровшийся со своим братом великим князем Дмитрием Александровичем. После каждого нападения стены и башни восстанавливались.