Первый замок был построен на этой земле в 1093 г. во времена норманнского вторжения в Уэльс. Однако своим нынешним видом Пембрук (иногда говорят Пемброк) обязан Уильяму Маршаллу, одному из самых могущественных людей Британии 12-го века.
Уильям Маршал приобрел замок Пембрук в 1189 году, и на месте деревянного форта возвел величественный каменный замок. В первую очередь был построен огромный круглый донжон с куполообразной крышей. Изначально попасть на первый этаж башни можно было только через наружную лестницу. Внутренняя винтовая лестница объединяла все четыре этажа. В куполообразной крыше сохранилось несколько отверстий, которые служили для крепления деревянных боевых помостов. В случае если замок подвергался нападению, эти площадки позволяли защитникам подняться над головами нападающих и атаковать их сверху.
В конце 13 века, во внутреннем дворе замка появилось несколько дополнительных построек, в том числе Большой зал и спиральная лестница из 55 пролетов, которая вела к известняковой пещере, скрытой под замком.