Известно, что крепость использовалась для нужд городской тюрьмы уже в 1829 г. В связи с выводом из Кузнецкой крепости войск, в начале 1840-х годов из местной городской тюрьмы в одно из пустующих зданий были переведены заключенные.

В 1870 году, на основе перестроенных развалин каменной солдатской казармы, на крепости была образована Кузнецкая тюрьма Томской губернии для уголовных преступников — Кузнецкий тюремный замок. Здание тюрьмы обнесли бревенчатым частоколом. Для нужд тюрьмы вне периметра частокола были дополнительно построены: баня, склады, караульная. При тюрьме имелся собственный огород.

Особенностью Кузнецкой тюрьмы являлся лазарет, оставшийся от Кузнецкой крепости. Во 2 половине XIX века тюремных больниц в губернии было только две — в Томске и Кузнецке. Лазарет в Кузнецке до 1908 года был еще и единственной больницей в городе. Он имел 10 чугунных коек и обеспечивался медикаментами по мере надобности.

Тюрьма — это средство наказания и исправления преступников. Первым занимается государство, о втором должно позаботиться общество. В 1819 году в России было основано благотворительное Попечительное о тюрьмах общество, которое следило за содержанием арестантов, попечением об освобожденных, о детях заключенных и прочем. В 1852 году отделение общества появилось в Кузнецке. В его ведении находились тюрьма, арестантская рота, тюремный госпиталь.

При активном участии Попечительного комитета в 1872 году началась перестройка Барнаульских ворот под надвратную церковь. Силами арестантов была разобрана башня Барнаульских ворот до сводов и на стенах ее построен храм. Освящен он был 20 июня 1876 года Во Имя Святого Ильи Пророка.

Важной характеристикой мест заключения всегда являлось питание. Съестные припасы для арестантов заготавливались на счет кормовых денег, отпущенных из казны (сумма варьировалась от 1000 до 1500 рублей в год в зависимости от количества заключенных). В меню, как самые дешевые продукты, входили крупы, мясо и сливочное масло. В праздничные дни арестанты получали "улучшенную" пищу. Помогало и местное население, приносившее передачи родственникам; и благотворительные организации, членами которых являлись кузнецкие меценаты.

В числе условий, необходимых для нравственного исправления арестантов, главное место занимало "предохранение их от праздности". Заключенные Кузнецкого тюремного замка использовались на хозяйственных работах: чистили базарную площадь, отхожие места и печные трубы в городских общественных зданиях; некоторые исполняли обязанности поваров, хлебопеков и квасоваров при тюрьме, за что получали жалование. Женщины стирали белье, изготавливали корпий, заменяющий вату. В начале ХХ века при тюрьме была открыта столярная мастерская.

В Кузнецком тюремном замке имелась небольшая библиотека с книгами нравственно-религиозного содержания. Грамотные арестанты за вознаграждение обучали желающих чтению, письму и первым правилам арифметики.

Кузнецкий уезд занимал одно из ведущих мест по количеству уголовных преступлений в Томской губернии. Среди них — грабежи, поджоги, драки на почве пьянства, убийства из ревности или жадности, растление малолетних. Кузнецкая тюрьма была постоянно переполнена. Одновременно здесь содержалось от 80 до 160 заключенных.

Небывалый размах в Сибири XIX века приобрело изготовление фальшивых денег и печатей. Современники рассказывали, что не существовало такой тюрьмы в Сибири, которая при обысках не указала бы на наличие таких подделок. Не исключением был и Кузнецкий тюремный замок. Известно дело о крестьянине-конокраде Иване Пьянове, у которого при обыске был найден чистый лист бумаги с оттиском поддельной печати.

С 1867 по 1871 годы в Кузнецком тюремном замке под следствием содержался будущий старообрядческий архиепископ Савватий. Арестован он был за пропаганду старой веры. Не сумев доказать вину Савватия, власти препроводили его по месту жительства в Тулу.

Тюрьма на Кузнецкой крепости существовала до декабря 1919 года, когда солдатами кузнецкого гарнизона было поднято антиколчаковское восстание. Больше недели город подвергался разграблению, в котором принимали участие пришедшие "на помощь восставшим" партизанские отряды. Во время беспорядков заключенные были выпущены из тюрьмы, а само здание было сожжено.

В экспозиции музея "Кузнецкая крепость" представлены материалы раскопок развалин тюремных строений.