Το φρούριο καταλήφθηκε από τους Οθωμανούς Τούρκους το 1653, οι οποίοι πραγματοποιήσαν σε αυτό κάποιες τροποποιήσεις, και δημιούργησαν ένα οικισμό στο εσωτερικό του, αλλά στη συνέχεια, μετά από συνεχείς καταστροφές λόγω συγκρούσεων, εγκατέλειψαν την περιοχή. Όταν ο Άγγλος περιηγητής Ρόμπερτ Πάσλεϊ επισκεύτηκε το 1834 και βρήκε μόνο ερείπια. Πριν το 1866 στην περιοχή υπήρχαν μόνο προσωρινές κατασκευές για την διαμονή των γεωργών και την αποθήκευση προμηθειών και εργαλείων και σταύλοι. Η περιοχή άρχισε να κατοικείται ξανά από εμπόρους ελαιολάδου, καθώς η Παλαιοχώρα άρχισε να χρησιμοποιείται ως λιμάνι για την εξαγωγή του ελαιόλαδου της επαρχίας Κανδάνου, καθώς ήταν πιο εύκολο να μεταφερθεί εκεί παρά μέχρι τα Χανιά. Ανάφερεται ως οικισμός για πρώτη φορά στην απογραφή του 1881. Το 1897, κατά τη διάρκεια της Κρητικής Επανάστασης του 1895-1898, ο τουρκικός στρατός έσφαξε τους Χριστιανούς της Παλαιοχώρας και στη συνέχεια κατέφυγε στο κάστρο της Παλαιοχώρας, από όπου αποχώρησαν με πλοία των Μεγάλων Δυνάμεων. Μετά την ένωση της Κρήτης με την Ελλάδα το λιμάνι της Παλαιοχώρας γνώρισε μεγάλη άνθηση χάρις στην ακτοπλοιική σύνδεση με τον Πειραιά. Το 1941, κατά τη διάρκεια της γερμανικής κατοχή, οι Γερμανοί μετά από μάχες συνέλαβαν τους υπόπτους για αντίσταση, τους φυλάκισαν και εκτέλεσαν 29. Μετά την Κατοχή, η Παλαιοχώρα άρχισε να αναπτύσσεται ως τουριστικό κέντρο, ένα από τα σημαντικότερα μάζι με την Ιεράπετρα στη νότια Κρήτη, λόγω του κλίματος, των παραλιών και των μνημείων της περιοχής. Πέρα από τον τουρισμό, σημαντικοί οικονομικοί τομείς είναι η γεωργία και η αλιεία.