Anterior a la llegada de los templarios, en la primera mitad del siglo XII, el poblado castreño es delimitado con una cerca de cantos y barro, perímetro que fue respetado en posteriores reformas y que se corresponde con el actual.
El puente de hierro construido un siglo antes, cobra una gran importancia política al ser punto de unión con Galicia. La llegada de los templarios al Castillo en 1178, obedece a varios fines: proteger el Camino de Santiago y sus peregrinos ante la invasión de los musulmanes; servir a los intereses de los reyes Fernando II y Alfonso IX; y evitar los enfrentamientos entre nobles gallegos y leoneses que querían hacerse con la hegemonía de este territorio.
Los monjes guerreros permanecerán durante un siglo y medio en Ponferrada, tiempo que aprovecharán para reforzar, en su exterior, el muro del Castillo y construir, en el interior, diferentes dependencias para su fines, tales como un convento templario, pallozas o viviendas, bodegas, paneras y huertos, de los que apenas quedan restos.
A principios del siglo XIII, el señorío de Ponferrada es cedido por el rey de León Alfonso IX a los templarios. Extienden así su poder hasta el castillo de Cornatel y nace la leyenda de un pasadizo secreto que comunicaba ambas fortalezas. Guido de Garda, Maestre Templario, será uno de los primeros tenientes del Castillo de Ponferrada.
Hacia el año 1300 la Orden del Temple atesora una red de 870 castillos, importantes riquezas y un gran número de caballeros por todo el occidente cristiano. Su poder genera recelos entre los mandatarios europeos. Acusados de graves pecados, se inicia un proceso contra la Orden, que finaliza con la petición de su disolución en 1312 por el Papa Clemente V.
Una leyenda popular cuenta como antes de abandonar Ponferrada, los templarios descubren la imagen de una Virgen en el interior del tronco de una encina. Dicha talla pasó a ser venerada como la Virgen de la Encina, actual patrona de Ponferrada y del Bierzo, que preside el altar de la Basílica de la Encina, levantada esta sobre los restos de la antigua iglesia medieval de Santa María (S. XII).