Современный Казанский Кремль в своем плане повторяет конфигурацию и местоположение деревянных и каменных укреплений болгаро-татарского времени, что подтверждается и локализацией основных башен крепости по источникам второй половины XVI века.
При татарах деревянные стены окружали кремль с трех сторон, а при взятии города стены были или взорваны, или сожжены.
Царь Иван Грозный приказал отремонтировать (поправить) стены. Но частые нападения на русскую Казань заставили его укрепить город гораздо более серьезно. Царь отдал приказ, чтобы весной 1555 года псковские зодчие Постник Яковлев и Иван Ширяй «со товарищи» (всего 200 человек) отправились в Казань «камень ломати и в Казани новый град камен делати».
Эдвард Турнерелли. Казанский кремль. Гравюра. 1839
Кремль основан после взятия Казани; прежние деревянные стены уничтожены во время осады.
Псковичи Постник Яковлев и Иван (Ивашка) Ширяй – предположительно, это те самые Постник и Барма, что строили храм Василия Блаженного в Москве. Тут, кстати, царит полная неразбериха, ибо одни исследователи говорят, что строителями Казанского кремля были Постник Яковлев и Барма, другие утверждают, что Постник Яковлев – это и есть Барма, а третьи – будто Постник – это одно лицо, Яковлев – второе, Барма – третье, а Ширяй и не Иван вовсе.
Как бы то ни было, Постник, Барма и их люди накололи на нагорном берегу Волги известняка и построили из него часть стены длиной примерно в 600 метров: передний фас крепости, Спасские ворота, затем на северо-восток до поворота стены к востоку и часть северо-западной стены до заложенных теперь ворот в Спасо-Преображенском монастыре против паперти церкви Киприана и Устинии. Остальная стена длиной примерно в 1200 метров была сооружена вновь из дубовых срубов. Неизвестно, когда ее заменили каменной стеной, но это точно было позже передней части Кремля – об этом ясно говорит совершенно другой материал постройки.
Строительство каменного Кремля, начатое Иваном Грозным, завершается к 1590-м годам его сыном: «…лета 7402 (1594 г.) повелением благочестивого царя и великого князя Федора Ивановича всея Руссии зделан град камен в Казани». Укрепления, как и ранее, возводились из камня, который традиционно добывался с правого волжского берега у Верхнего Услона и Печищ.
Крепость была значительно расширена, шесть башен из тринадцати построили из камня (пять были проездными), но в XVI веке удалось лишь на треть заменить деревянные стены каменными. И только позднее, в начале XVII века, произошла окончательная замена деревянных оборонительных сооружений Казанского кремля на каменные.
Наверху стены была поставлена тонкая стенка, заменявшая старинные частоколы на городском валу. Эта стенка в XVI веке делалась выше человеческого роста. В стенке были проделаны бойницы с крутым откосом внизу, чтобы удобнее было наблюдать за противником и отражать наступающих, которых обливали расплавленным варом или смолой, поражали пулями, осыпали камнями и стрелами.
Андре Дюран. Крепость со стороны Казанки. Литография. 1890-е
Для повышения обороноспособности по углам стен возводились башни, которые также располагались и в середине длинных сторон крепостной стены. Нижние этажи этих башен использовались для хранения запасов продовольствия, оружия и военных материалов. На следующих этажах были установлены защитные сооружения, такие как бойницы и амбразуры для пушек. Верхняя площадка была защищена парапетом и служила местом размещения вооружения башни. С нее велось наблюдение за передвижениями противника, чтобы вовремя отправить войска на те участки стены, которые могли подвергнуться атаке. Отсюда же наносилось поражение тем, кто сумел взобраться на стену.
Северная часть стены была построена без парапета, но зато она имела что-то типа бруствера и эскарпа (крутого внутреннего откоса рва), которые появились во времена императора Петра I.