Es tanca gràcies a una galeria porxada a la qual hi desemboquen les sales que originàriament eren ocupades pels pavellons dels oficials, l’habitatge del governador i els oficials, les estances del capellà i del vigilant de la torre, els dispensaris, la cantina, la fleca, els rebost o la latrina. La coberta presenta una garita a cada angle, i a la banda de mar s’hi ubiquen la cisterna i els calabossos originals del fortí. El pati d’armes era el centre neuràlgic de la fortificació i servia per a la gestió, formació i instrucció de les tropes. A més a més, el paviment inclinat de la plaça permetia la recollida de l’aigua pluvial, i també la de les teulades, a través de la cisterna subterrània.
L’edifici que acull el pati, tal com el veiem avui en dia, no formava part del projecte inicial plantejat per Cermeño, qui va situar els pavellons per a l’allotjament i els serveis de la guarnició darrera de les cortines o murs principals del recinte superior. El projecte inicial es va modificar i s’hi va construir l’edificació que hi trobem avui.
El trasllat dels correccionals militars de la ciutat al Castell va suposar la reorganització dels usos d’alguns espais de la fortalesa, com és el cas dels pavellons adjacents al pati d’armes, algun dels quals va ser utilitzat com a dependència penitenciària. En acabar la guerra civil espanyola (1939), Montjuïc va mantenir la seva funció de detenció per a membres del bàndol republicà. Tot i que durant els primers mesos va ser utilitzat com a centre de concentració i classificació de presoners republicans, aviat va passar només a les funcions de presó, per a la qual es van habilitar els pavellons del pati, per a oficials i caps de l’exèrcit republicà.
El president de la Generalitat Lluís Companys va ingressar als calabossos del castell el 3 d’octubre de 1940 i hi va romandre fins el 15 del mateix mes, quan va ser afusellat al fossat de Santa Eulàlia. Durant l’internament va estar tancat a la cambra destinada al capellà castrense, que disposava d’una taula, un llit i lavabo, i era similar a les destinades als oficials i sergents de guarnició del castell. Els testimonis asseguren que l’estança estava situada a mà esquerra, entrant pel pati d’armes, allà on es veien quatre finestres amb reixes. La sala on va tenir lloc el Consell de Guerra contra Companys estaria situada a l’ala que dóna a l’hornabec, segurament a l’antiga sala 20 del museu Militar.
La transformació dels pavellons del pati d’armes en oficines, serveis i sales del museu militar a partir de 1960, comportarà la darrera gran remodelació. Es va eliminar el revestiment original de les façanes i de la galeria porticada i al centre del pati es va col·locar una estàtua eqüestre de Franco que no va ser retirada fins a la cessió definitiva del Castell a l’Ajuntament, el 2007.
Actualment, quatre sales del pati d’armes allotgen el Centre d’Interpretació del Castell de Montjuïc. A la segona sala s’hi pot veure un tram força ben conservat d’un dels quatre mitjos baluards que reforçaven la defensa dels angles del primitiu fortí, construït el 1640 en trenta dies per soldats i població civil.