В 1826 году император Николай I решил содержать участников декабрьского восстания в особой тюрьме. По предложению начальника колыванских заводов Фролова, для неё выбрали Петровский железоделательный завод. Каземат строили в 1827–1830 годах по плану командира Петербургского инженерного округа инженер-генерала Оппельмана.
Это было срубное п-образное строение размером 141 на 75 м. Каземат состоял из 12 отделений. В каждом было от пяти до шести камер размером 4,3 на 3,6 м. Между отделениями стояли массивные двери. Помещения отапливались 32-мя голландскими печами. Внутренний двор разделили на отделения для кладовых, кухни, прачечной и пекарни. В центре главного фасада находилась офицерская караульня — вход в тюрьму.
Когда декабристы приехали в Петровский Завод в 1830 году, оказалось, что тюрьма не вполне пригодна для жизни. В камерах не было окон (их прорубили в 1831 году). Печи трескались, их пришлось перекладывать. Арестанты за свой счёт настилали двойные полы для утепления камер, строили амбары и ямы для овощей, баню. Им пришлось осушать внутренние дворы каземата, так как тюрьму построили на болоте.
Пока жёны декабристов не обзавелись собственным жильём, им разрешили жить в камерах мужей. Княгиня М. Н. Волконская даже украсила камеру № 54. Она обтянула стены шёлковой материей (бывшими занавесями из Санкт-Петербурга), поставила два дивана, шкаф с книгами и пианино. Получилось «почти нарядно».
После окончания срока каторги декабристов в 1839 году петровский каземат, в основном, пустовал. Иногда здесь размещали ссыльнокаторжных. В 1866 году тюрьма сгорела.
Сейчас на месте каземата установлена памятная плита. Сохранилась часть частокола, ограждавшего каземат, его перенесли на территорию городского Музея декабристов. В музее можно увидеть макет каземата, сделанный по старым чертежам и рисункам.
В 2023 году на Казематской площади появился арт-объект «Каземат» с выставочной экспозицией тюремной камеры.