El castillo de Portilla se sitúa en lo alto de una abrupta peña de 780 mts. de altitud, estrecha y alargada, que le proporciona una característica planta en forma de barco. Las ultimas investigaciones apuntan a que fue construido muy posiblemente en la primera mitad del siglo XI, bien por el monarca pamplonés Sancho Garcés III el Mayor (1004-1035), bien por su hijo García Sánchez III (1035-1054), como medio para fijar su autoridad sobre suelo alavés, dentro de un proceso general de expansión y fortalecimiento del reino de Pamplona en el condado de Castilla.
Las investigaciones arqueológicas permitieron documentar además una compleja articulación poliorcética organizada en tres niveles diferentes:
El nivel inferior
Situándonos en la cara meridional del imponente farallón rocoso que alberga el castillo de Portilla observamos la existencia de un pequeño collado donde se levantaba un cuerpo de guardia (A) que defendía el primer acceso al castillo por el sur. La robustez de las entalladuras y los diferentes mechinales abiertos en la roca hacen pensar en un gran edificio construido íntegramente de madera. Además, sobre el cabezo oriental se situaba un pequeño torreón de vigilancia (B) del que apenas conservamos el arranque de su cimentación, cajeada en la roca. Al noreste del cuerpo de guardia nacía un estrecho pasillo o corredor (C) que recorría el farallón por su cara septentrional. Al inicio de este pasillo se levantaba una pequeña garita de control (D) de la que solo conservamos los cajeados de su base, destinados a alojar los zócalos de piedra, sobre los que cabe imaginar alzados perecederos de madera.En su parte final, el pasillo comunicaba con otro camino que, desde la Villavieja, ascendía sinuosamente hacía el castillo. Ambos caminos convergían en una estructura en rampa, actualmente desmantelada, en cuyo arranque pudo situarse la puerta de entrada por el norte (E).
El nivel intermedio
A través de la estructura antes descrita se accedía a la terraza intermedia del complejo defensivo (F), que habilitaba el acceso al recinto superior. Manteniéndonos en esta terraza, pero en su extremo occidental, se situaba además el aljibe de la fortaleza (G). Se trata de una estructura excavada parcialmente en la roca, cubierta por una bóveda rebajada de lajas calizas, en cuyo remate debió abrirse un orificio cenital que permitía la recogida del agua de lluvia proveniente del foso.