کهنه قلعه مشکین شهر از آثار دوره ساسانی است و از استحکام خاصی برخوردار بوده و در جنگ‌ها و تهاجم دشمنان به‌عنوان پناهگاه از آن نگهداری و استفاده می‌شده است.
این قلعه با مساحتی در حدود ۱۵ هزار متر مربع در قسمت ورودی مشکین شهر از طرف جاده اردبیل و روی تپه‌ای طبیعی با ۵۰ متر ارتفاع واقع شده و از 6 برجک با دیوارهای ضخیم خشتی و حجره‌های کوچک آخورمانند تشکیل شده است.
طراحی این حجره‌ها به صورتی است که هر حجره برای اسکان یک سرباز به همراه اسب پیش بینی شده است. ارتفاع تقریبی این قلعه 1416 متر از سطح آب‌های آزاد است.
بنای اولیه این قلعه در دوره شاپور دوم ساسانی در سال 337 میلادی به دستور نرسه هرمز حکمران ساسانی در خیاو به مدت 6 سال ساخته شده است.
وجود سنگ نبشته‌ای به خط پهلوی ساسانی در جبهه شمالغربی این بنا در فاصله 150 متری در آبراهه خیاو قرار دارد.
سفالینه‌ها و مفرغ‌های به دست آمده، پیشینه این بنا را حتی به دوره ساسانیان می‌رساند. پلان قلعه به صورت ذوذنقه غیرمنظم در امتداد شمال غربی و جنوب غربی است.
طول ضلع آن ۹۰ متر و ضلع جنوبی آن ۲۳۷ متر و عرض این قلعه در سمت غربی ۱۱۵ متر و در شرق ۹۱ متر می‌باشد.
در دو گوشه شمالغربی و جنوب آثار برج مدور به قطرهای ۶ متر و ۱۰ متر وجود دارد. درمنتهی‌الیه شرقی ضلع شمالی آثار دو برج به قطرهای ۵/۷ و ۶ متر با ضلع بهتر از برج‌های دیگر به چشم می‌خورد.
سازه‌های دیوارهای قلعه از سنگ، ملات گچ و آهک و بقیه از خشت و کنگره‌های آن از گل ساخته شده است.
در کاوش‌های باستانشناختی در کهنه قلعه نشانه‌هایی از موارد فرهنگی، سفال‌های دست ساز و چرخ ساز به رنگ نخودی و خاکستری و فلز مفرغ مربوط به دوره آهن سه به دست آمده که منسوب به اقوامی است مشهور به «اورارتو» که در آستانه شکل گیری دولت ماد و در مواردی حتی پیش از آن در بیشتر نقاط آذربایجان نشانه‌هایی از فرهنگ و تمدن آنها مشاهده شده است.
این بنا در سال ۱۳۴۵ با شماره ۶۱۸ در فهرست آثار ملی به ثبت رسیده است. کاوش های فصل اول در سال ۱۳۶۶ در این قلعه انجام گرفته و در سال ۱۳۶۷ کاوش‌های فصل دوم صورت گرفت.