ספרי השנים האנגלו-סקסיים מתעדים כי ב-1097 הורה המלך ויליאם השני להקים חומה מסביב למצודת לונדון. החומה נבנתה ככל הנראה מאבן, וייתכן כי החליפה את גדר העץ שהקיפה את הצד הצפוני ואת הצד המערבי של הטירה, בין החומה הרומית והתמזה. הכיבוש הנורמני של לונדון הפגין את כוחו באמצעות מעמד שליט חדש, וגם באמצעות הדרך שבה נבנתה העיר. הקרקעות הוחרמו וחולקו מחדש בין הנורמנים, שהביאו עמם מאות יהודים מסיבות כלכליות. היהודים זכו להגנתו הישירה של הכתר, וכתוצאה מכך היו יהודים רבים בקרבת הטירות. היהודים השתמשו במצודה כמקום מקלט כאשר היו נתונים לאיום של אלימות אנטי-יהודית.
עם מותו של הנרי הראשון ב-1135 החלה מחלוקת על סוגיית היורש; המלך אמנם שכנע את רוב האצילים החזקים להישבע כי יתמכו במתילדה הקיסרית, אך ימים אחדים לאחר מותו של הנרי הגיע מצרפת סטפן מבלואה על מנת לתבוע לעצמו את הכתר. החשיבות של העיר ושל המצודה שלה באו לידי ביטוי במהירות שבה הן נכבשו על ידי סטפן. המצודה, שלא שימשה מזה זמן מה באותה עת כמגורים מלכותיים, הושארה בדרך כלל באחריותו של הנציב, שבאותה עת היה ג'פרי דה מנדוויל, הרוזן הראשון מאסקס.
כיוון שהמצודה נחשבה למבצר בלתי חדיר בעמדה בעלת חשיבות אסטרטגית, החזקתה הייתה משמעותית מאוד. מנדוויל ניצל זאת, ומכר את נאמנותו למתילדה לאחר שסטפן נשבה ב-1141 במהלך קרב לינקולן. מנדוויל החליט למכור את נאמנותו לסטפן בשנה לאחר מכן, וזאת לאור התמעטות התמיכה במתילדה. תוך ניצול תפקידו כנציב המצודה הפך מנדוויל לאחד האנשים העשירים והחזקים ביותר באנגליה. כאשר ניסה לחזור על תרגיל זה פעם נוספת, הפעם באמצעות שיחות חשאיות עם מתילדה, הורה סטפן על מעצרו, אילץ אותו לוותר על השליטת בטירותיו, והחליף אותו באחד מהאנשים הנאמנים לו.
עד למהלך זה עבר התפקיד בירושה, כשהראשון שהחזיק בו היה ג'פרי דה מנדוויל (מחבריו של ויליאם הכובש ומאבותיו של ג'פרי שעמו נשאו ונתנו סטפן ומתילדה), ומאותה עת סמכויות התפקיד הוגדרו על ידי המונרך הממנה. התפקיד ניתן בדרך כלל לאישים רמי מעלה, שבגלל חובות אחרים לא בהכרח היו תמיד במצודה. הנציבים אמנם המשיכו להחזיק באחריות על תחזוקת המצודה וחיל המצב ששכן בה, אך כבר משלב מוקדם החזיקו בעוזר שתפקידו היה לסייע בביצוע מטלה זו - סגן נציב המצודה. לנציבים היו גם חובות אזרחיות הקשורות לעיר. בדרך כלל הם קיבלו את השלטון על העיר והיו אחראים לגביית מיסים, אכיפת חוק ושמירה על הסדר. עם ייסודה של משרת הלורד ראש העיר של לונדון ב-1191 ניטלו רוב הסמכויות האזרחיות מהנציבים, ולעיתים נוצרו חיכוכים בין שני בעלי התפקידים.
הרחבת המצודה.
צורתה המקורית של המצודה לא השתנתה באופן מהותי בין 1100 לתקופת שלטונו של ריצ'רד לב הארי (1189–1199). המצודה הורחבה תחת פיקוחו של ויליאם לונגצ'אמפ, הלורד צ'נסלור של ריצ'רד ומי שניהל את המדינה בתקופה שבה השתתף ריצ'רד במסע צלב. לפי רשומות פייפ הוצאו כ-2,881 לירות שטרלינג על עבודות בנייה במצודת לונדון בין 3 בדצמבר 1189 ל-11 בנובמבר 1190, מתוך סכום כולל של כ-7,000 לירות שטרלינג שהוציא ריצ'רד על בניית טירות באנגליה. רוג'ר מהאודן, היסטוריון אנגלי מאותה תקופה, תיעד כי לונגצ'אמפ חפר את החפיר מסביב למצודה וניסה לשווא למלא אותו במים מהתמזה. לונגצ'אמפ כיהן גם כנציב המצודה, ופיקד על הרחבתה במקביל להכנות למלחמה נגד אחיו הצעיר של ריצ'רד, הנסיך ג'ון, שבהיעדרו של ריצ'רד הגיע לאנגליה בניסיון לתפוס את השלטון. מאחר שהמבצר היה החשוב ביותר מסוגו עבור לונגצ'אמפ, הוא ביצר אותו ככל יכולתו. הביצורים החדשים נבחנו לראשונה באוקטובר 1191, כאשר המצודה הייתה נתונה במצור לראשונה בתולדותיה. לונגצ'אמפ נכנע לג'ון כעבור שלושה ימים בלבד, והחליט כי ירוויח יותר אם ייכנע מאשר אם ימשיך להיאבק במצור שהוטל עליו.
ג'ון ירש את כתרו של ריצ'רד ב-1199, אך שלטונו היה בלתי אהוד על רבים מהברונים שלו, שהחלו לפעול נגדו. ב-1214, כאשר המלך היה בטירת וינדזור, הוביל רוברט פיצוולטר צבא לתוך לונדון והטיל מצור על המצודה. למרות נחיתות מספרית הצליחו אנשי המצודה להתנגד, והמצור בוטל כאשר ג'ון חתם על המגנה כרטה. המלך נמלך בדעתו על ההבטחות לרפורמה שנתן, והוביל לפריצתה של מלחמת הברונים הראשונה. גם לאחר חתימת המגנה כרטה שמר פיצוולטר על שליטתו בלונדון. במהלך המלחמה נוצר שיתוף פעולה בין חיל המצב של המצודה לבין הברונים. ג'ון הודח ב-1216, והברונים הציעו את הכתר האנגלי לנסיך לואי, בנו הבכור של מלך צרפת. אולם, לאחר מותו של ג'ון באוקטובר 1216 הובעה תמיכה רבה בטענה לכתר של בנו הבכור, הנסיך הנרי. המלחמה נמשכה בין הסיעות שתמכו בלואי ובהנרי, כשפיצוולטר תומך בלואי. פיצוולטר עדיין החזיק בשליטה בלונדון ובמצודה, אשר נמשכה עד שהיה ברור כי תומכיו של הנרי ינצחו.
במהלך המאה ה-13 הרחיבו המלכים הנרי השלישי (1216 - 1272) ואדוארד הראשון (1271 - 1307) את המצודה, והביאו אותה לצורה שנשתמרה עד ימינו. הנרי לא היה מיודד עם ברוניו, והמחסור ההדדי בהבנה הוביל לחוסר שקט ולטינה כלפי שלטונו. כתוצאה מכך הוא היה נחוש להפוך את מצודה לונדון למבצר מעורר יראה; באותה תקופה היה הנרי אסתטיקן, ורצה להפוך את המצודה גם למקום מגורים נוח. בין 1216 ל-1227 הוצאו כ-10,000 לירות שטרלינג על המצודה; בתקופה זו רק העבודות על טירת וינדזור עלו יותר (כ-15,000 לירות שטרלינג). רוב העבודות התמקדו במבנים המלכותיים של החלק הפנימי ביותר. המסורת של סיוד המגדל הלבן (שממנה נגזר שמו) החלה ב-1240.
ב-1238 החלה הרחבת הטירה לכיוון מזרח, צפון וצפון-מערב. העבודה נמשכה לאורך כל תקופת שלטונו של הנרי השלישי ועד לזו של אדוארד הראשון, והופרעה לעיתים על ידי חוסר שקט של האזרחים. מבנים חדשים כללו את המתחם ההגנתי, המעוטר במגדלים, בעוד שבמערב, בצפון ובמזרח, שבהם המצודה לא הייתה מוגנת על ידי הנהר, נחפר חפיר הגנתי. ההרחבה בכיוון מזרח הרחיקה את גבולות המצודה אל מעבר לאלו של היישוב הרומי העתיק, שסומן על ידי חומת העיר ששולבה לתוך ביצורי המצודה. המצודה הייתה סמל של דיכוי, הייתה שנואה על הלונדונים, ותוכנית הבנייה של הנרי הייתה בלתי פופולרית. לאור זאת, כאשר בית השער קרס ב-1240 חגגו ההמונים את המאורע. ההרחבה גרמה לבעיות מקומיות, ופיצוי של 166 לירות שטרלינג שולם לבית החולים על שם קתרינה הקדושה ולמנזר השילוש הקדוש ששכנו בקרבת המצודה.
הנרי השלישי שיכן את חצר המלכות שלו במצודה מספר פעמים, ופעמיים אף ערך בה כינוס של הפרלמנט (1236 ו-1261), כאשר חש בסכנה מהברונים שלו. ב-1258 אולץ המלך על ידי הברונים, בהנהגת סימון החמישי דה מונפור, להסכים להחלת רפורמות שכללו בין היתר כינוסים קבועים של הפרלמנט. הוויתור על מצודת לונדון היה אחד מהתנאים. הנרי השלישי נטר טינה על איבוד הכוח, ושאף לקבל מהאפיפיור היתר להפר את הבטחתו. הנרי התמקם במצודה ב-1261, בגיבויים של מספר שכירי חרב. הנרי ביסס את שליטתו במצודה במקביל למשא ומתן עם הברונים, וזאת אף על פי שאף צבא לא ניסה לכבוש אותה. הצדדים הסכימו על הפסקת אש בתנאי שהמלך ישוב ויוותר על שליטתו במצודה. הנרי זכה לניצחון משמעותי בקרב איבשם שנערך ב-1265, ובכך הכשיר את השטח לחיזוק שליטתו במדינה ובמצודת לונדון. הקרדינל אוטובאון (לימים האפיפיור אדריאנוס החמישי) הגיע לאנגליה על מנת לנדות את אלו שהמשיכו למרוד; צעד זה היה בלתי פופולרי מאוד, והמצב החריף כאשר הקרדינל קיבל את המשמורת על המצודה. גילברט דה קלאר, הרוזן השישי מהרטפורד, צעד לכיוון לונדון באפריל 1267 והטיל מצור על המצודה, והכריז כי המשמורת על המצודה היא "לא תפקיד שניתן להפקידו בידיו של זר, ובמיוחד לא של מי שקשור לכמורה". הרוזן לא הצליח להשתלט על הטירה, למרות עדיפותו הצבאית. הוא נסוג, ובכך אפשר למלך לשלוט על עיר הבירה, והמצודה נכנסה לתקופה של שלום עד מותו של הנרי.
על אף שאדוארד הראשון לא הרבה לשהות בלונדון הוא ביצע שינויים משמעותיים במצודה בין 1275 ל-1285, שעלותם הייתה כ-21,000 לירות שטרלינג (יותר מפעמיים הסכום שהוצא על המצודה לאורך כל שלטונו של הנרי השלישי). אדוארד היה מומחה בבניית טירות, וניצל את ניסיונו בלוחמת מצור במהלך מסעות הצלב על מנת להביא חידושים לבניית הטירות. הטירות שבנה בוויילס (בהן טירת בומריס, טירת קרנארפון, טירת קונווי וטירת הרלך שהוכרזו כאתרי מורשת עולמית) בישרו את תחילת השימוש הנפוץ בחרכי ירי בחומות הטירות ברחבי אירופה, ושאבו את השראתן מהשפעות מזרחיות. במצודה מילא אדוארד את החפיר שנחפר בתקופת הנרי השלישי, ובנה לאורכו קיר מסך (קיר שאינו נושא את משקל הבניין אלא מצפה אותו מבחוץ) חדש, כך שנוצר מתחם סגור חדש. חפיר חדש נחפר לפני קיר הווילון. החלק המערבי של קיר הווילון של הנרי השלישי נבנה מחדש, ומגדל בושאמפ החליף את בית השער הישן של המצודה. כניסה חדשה נבנתה, והפעם היו לה ביצורים טובים יותר עם שני בתי שער וברביקן. אדוארד בנה גם שתי טחנות מים, על מנת שהמצודה תוכל לכלכל את עצמה באופן עצמאי יותר. ב-1278 נכלאו במצודה 600 יהודים, שהואשמו בזיוף מטבעות. שנתיים קודם לכן החלה רדיפת יהודי אנגליה, והיא הגיעה לשיא ב-1290 כאשר אדוארד החליט לגרש את יהודי אנגליה ולאסור על יהודים לגור בתחומי הממלכה.
שלהי ימי הביניים.