L'origine de ces souterrains remonte à l'année 1644 quand les Espagnols modernisèrent les ouvrages médiévaux. Ils construisent de grands bastions, tel le Bastion Beck (1644), le plus puissant, dont la plate-forme est occupée par la place de la Constitution. Mais, dès son origine, cet ouvrage n'eut pas la hauteur d'aujourd'hui. La plate-forme était située au même niveau que la fausse-braie voisine à droite. (La terrasse qu'on atteint par le grand escalier).

Pour la défense, cette plate-forme était surmontée d'un cavalier, haut ouvrage maçonné servant d'emplacement pour quelques canons et dont le parapet correspondait avec le niveau du boulevard Roosevelt actuel.

En 1673, les Espagnols élevèrent le Ravelin du Pâté, destiné à renforcer le Bastion Beck. Cet ouvrage est une des rares fortifications de Luxembourg conservées en grande partie. Le maréchal de Vauban donna aux ouvrages de la Pétrusse leur forme actuelle et construisit le "petit escalier". En 1728-29, les Autrichiens ont construit avec l'Ecluse Bourbon le "grand escalier" et en 1746, les Casemates appelées la "Batterie de la Pétrusse". Un siècle s'écoula, la forteresse fut agrandie et renforcée, la deuxième ceinture de fortifications se développa, une troisième fut aménagée et Luxembourg devint la "Gibraltar du Nord".

Les fortifications de la Pétrusse furent oubliées et négligées, car leur rayon stratégique ne couvrait que le côté de la vallée. Après 1867, consécutivement au démantèlement de la forteresse décrété par le traité de Londres, on se contenta de murer les meurtrières et de fermer la plupart des entrées.

C'est en 1933 que les Casemates de la Pétrusse ont retrouvé une certaine activité, puisque le 26 juillet de cette année-là, les premiers visiteurs ont été admis.