Nach den Wirren der Napoleonischen Kriege, die mit der Niederlage Napoleons am 18.Juni 1815 bei Waterloo ihr Ende fanden, wurde während des Wiener Kongresses im gleichen Jahr unter österreichischem Vorsitz der Deutsche Bund gegründet. Die politische und militärische Führung des Deutschen Bundes sah es als Hauptaufgabe, den neuen Staatenbund nach außen und vor allem auch nach innen zu sichern und zu stärken. Dazu waren neben politischen Maßnahmen auch militärische Einrichtungen notwendig. Es entstanden Garnisonen für die Bundestruppen, vor allem aber mussten Festungen geplant und gebaut werden. Neben neuen Landesfestungen, zum Beispiel Ingolstadt (bayerisch) und Koblenz (preußisch), kam es zum Bau der Bundesfestungen Landau, Luxemburg, Mainz, Rastatt und Ulm. Während die erstgenannten Grenzfestungen waren, sollte Ulm zum Rückhalt einer in Südwestdeutschland operierenden Armee werden, gleichzeitig aber auch als Ausgangspunkt für Operationen dienen, die über den Rhein gegen Frankreich zu führen gewesen wären. Bundesfestungen erhielten diesen Namen, weil sie vom Deutschen Bund zentral finanziert wurden. Die Mittel dafür stammten aus den französischen Kriegsentschädigungen von 1815. Die Bezeichnung ist auch auf die gemischte Besatzung aus verschiedenen Bundestruppen – in Ulm: Württemberger, Bayern und Österreicher – zurückzuführen.
Die Festung Ulm wurde zu einer Zentralfestung ersten Ranges und zu einem großen Waffenplatz für bis zu 100.000 Soldaten. Da Württemberg über kein eigenes Ingenieurkorps verfügte, wurde der preußische Major Moritz von Prittwitz und Gaffron nach Ulm berufen und vom württembergischen König zum Festungsbaudirektor ernannt. Den Festungsbau der bayerischen Seite der Festung Ulm leitete Major von Hildebrandt.
Major von Prittwitz plante mit großem Weitblick, wobei er auch die voraussichtliche Entwicklung der Stadt Ulm einbezog. Er verwendete brauchbare Konstruktionen älterer Befestigungssysteme, besonders die Entwürfe Montalemberts (1714 – 1800) und Dürers (1471 – 1528). Aus einer Verschmelzung verschiedener Vorgaben und eigener Vorstellungen entwickelte Prittwitz die „neupreußische“ oder „neue deutsche Befestigung“. Ulm wurde zum monumentalen Ausdruck dieser Idee. Hauptmerkmal dieser Art Festungen sind zum einen lange, gerade Mauer- und Wallzüge die stumpfwinklig aufeinander treffen (Polygon); zum anderen mächtige, mehrgeschossige Kasemattbauten zur Geschützaufstellung und zur Bestreichung der langen geraden Gräben. Damit war die Zeit der Bastionärfestung mit ihrem regelmäßigen und vielzackigen Grundriss endgültig vorbei.
Als weitere Verbesserung bestand die Festung aus zwei voneinander unabhängigen Teilen: einer polygonalen Hauptumwallung rings um die Stadt einerseits und einem im Abstand davor angeordneten Gürtel aus selbstständigen Außenforts andererseits. Diese sollten den direkten Angriff auf die Hauptumwallung verhindern und gleichzeitig Stützpunkte für die eigenen Truppen im Vorfeld sein.
Zwei Gegebenheiten hatte von Prittwitz zu berücksichtigen: Zum einen waren die Höhenzüge im Westen (Kuhberg), Norden (Eselsberg und Michelsberg) und Nordosten (Safranberg) der Stadt für den Bau von beherrschenden Außenforts wie geschaffen, zum anderen ermöglichten die Donau und die Blau mit ihren Niederungen den Bau von nassen Festungsgräben. Stärkster Teil der Umwallung ist die Wilhelmsburg mit der Wilhelmsfeste auf dem Michelsberg – die Zitadelle. Beidseitig davon führen die Bergfronten zur Stadt hinunter, gefolgt von der Hauptumwallung in der Ebene. Dabei wechseln sich ringsum verteidigungsfähige Kernwerke (oft als Bastion bezeichnet) mit langen geraden Anschlusslinien, den so genannten Kurtinen, ab. Jeweils gegenüber den Donauanschlüssen linken Ufers setzt sich auf dem rechten Flussufer die Stadtumwallung Neu-Ulms als groß angelegter Brückenkopf fort. Durch die Hauptumwallung führten sechs große Festungstore, welche das Festungsinnere mit dem umliegenden Straßennetz verband, und fünf gut gesicherte Eisenbahndurchfahrten.
Die Gestaltung der Außenforts ist von erstaunlicher Vielfalt. Den Kuhberg schützten die drei gestaffelt angelegten Forts Unterer, Mittlerer und Oberer Kuhberg. Die Hänge des Eselsberges beherrschten die Forts Söflinger Turm und Unterer Eselsberg. Nördlich der Wilhelmsfeste liegt das Fort Prittwitz. Zusätzlich konnte ein Geschützturm, der Lehrer Turm, das Zwischengelände bestreichen. Das Örlinger Tal und die Bahnlinie nach Stuttgart sicherte der ÖrlingerTurm. Auf der Anhöhe des Safranberges liegt das Fort Albeck mit seinem Nebenwerk Fort Safranturm. Dicht an der Donau schließt das Fort Friedrichsau den Ulmer Fortgürtel ab. Die Neu-Ulmer Umwallung umgeben die Forts Schwaighofen, Ludwigsvorfeste und Illerkanal.
Die Bundesfestung Ulm wurde von 1842 bis 1859 gebaut. Ihre Grundsteinlegung erfolgte am 18.Oktober 1844 gleichzeitig auf Ulmer und Neu-Ulmer Seite. Vorangegangen waren 23 Jahre der Planung sowie mehrmals geänderte Entwürfe aufgrund eines sehr begrenzten Kostenrahmens. Die Baukosten der Festung betrugen 16,5 Millionen Gulden. Der Höchststand an Arbeitskräften wurde 1848 erreicht: Neben 2000 Eisenbahnarbeitern waren über 8000 Mann beim Festungsbau beschäftigt. Die Weißjura-Kalksteinbrüche des nahen Blautals lieferten die gewaltigen Mengen von Baumaterial für die Festungsbauwerke des linken Ufers. Die Backsteine, die vor allem auf Neu-Ulmer Seite verwendet wurden, stammten aus regieeigenen Ziegeleien. Neben anderen Industriezweigen entwickelte sich durch den Festungsbau in Ulm vor allem die Zementindustrie.
Die Friedensbesatzung betrug 5000 Soldaten, für den Verteidigungsfall waren 18.000 bis 20.000 bzw. die bis zu 100.000 Soldaten vorgesehen. Ulm hatte zu Beginn des Festungsbaus 16.231 Einwohner, bis Ende des 19.Jahrhunderts etwa 43.000.
Bei ihrer Fertigstellung im Jahr 1859 war die Bundesfestung Ulm eine der größten und modernsten Anlagen ihrer Art in Europa – und trotzdem auf einen Schlag veraltet: Die Entwicklung des gezogenen Rohres für Artilleriegeschütze ermöglichte dem Angreifer verdreifachte Schussweiten und bessere Zielgenauigkeit. Die Forts, die den Angreifer bereits vor der Hauptumwallung aufhalten sollten, lagen nun nicht weit genug vorgeschoben.
Die Festung Ulm wurde mehrmals armiert, d.h. in Verteidigungsbereitschaft versetzt, aber nie in Kriegshandlungen verwickelt. Nach dem Zerfall des Deutschen Bundes im Jahr 1866 und nach Gründung des Deutschen Reiches 1871 übernahm das Reich die Festung welche nun die Bezeichnung „Reichsfestung“ führte.
Aufgrund der Weiterentwicklung der Geschütztechnik erfolgte eine Verstärkung der bestehenden Werke: Einbau von gewölbten Schutzräumen auf den Wällen und Abbruch von zu hoch aufragendem, anvisierbarem Mauerwerks. Auf dem Oberen Eselsberg wurden 1881 – 1887 zwei moderne Forts, so genannte „Biehler Forts“ oder „Einheitsforts“ errichtet. Weitere Entwicklungen der Geschütztechnik zwangen ab 1900 zu einer Verstärkung der Festung mit fast völlig in die Erde eingesenkten Betonbunkern vor und zwischen den alten Forts. Diese Bunker waren reine Schutzräume der so genannten Infanteriestützpunkte. Die wichtigsten Forts der alten Festung wurden mit Beton verstärkt. Die Hauptumwallung war militärisch wertlos geworden und wurde an die Städte verkauft. Die Reichsfestung erfuhr ihre letzte Erweiterung durch die Armierung von 1914. Der nochmals weiter vorgeschobene Ring von neuen Betonwerken wurde jedoch nicht mehr ganz vollendet. Der Festungsstatus von Ulm wurde 1938 aufgehoben.
Ulm wurde durch die Festung zu einer der größten Garnisonsstädte. Da die Festungsanlagen nie direkten Kriegseinwirkungen ausgesetzt waren und weil sie von den Bestimmungen des Versailler Vertrages verschont blieben, sind ganz erhebliche Teile erhalten geblieben. Sie tragen dazu bei, die Identität der Stadt Ulm zu wahren, die durch die verheerenden Bombenangriffe im Zweiten Weltkrieg so stark gelitten hat.
Eine sinnvolle und denkmalgerechte Nutzung hilft, den Bauunterhalt für die Zukunft zu sichern. Beträchtliche Teile wurden schon von den beiden Städten und vom Bund restauriert und vor allem kulturellen Einrichtungen zur Verfügung gestellt. Doch auch ohne konkrete Nutzung muss der Denkmalschutz ernst genommen werden, der inzwischen die Festungsanlagen in ihrer Gesamtheit betrifft. Besondere Bedeutung gewinnen die groß angelegten Glacisanlagen als Naherholungsgebiete. Die Städte Ulm und Neu-Ulm umzieht durch diese Anlagen ein fast in sich geschlossener Grüngürtel. Die Festungsbauten selbst beherrschen mit ihrer großartigen Architektur an vielen Stellen das Stadtbild der beiden Nachbarstädte.