Este forte foi construído durante a década de 1640, em substituição de uma fortificação mais antiga, arrasada em 1606. Apesar de atualmente descaracterizado, é constituído por um baluarte de contorno irregular, com as canhoneiras hoje entaipadas e por uma guarita rematada por pequena cobertura. O material de construção predominante é o tufo vulcânico, valorizado na arquitetura militar pelas suas propriedades de absorção do impacto dos projéteis.

Este forte fazia parte do sistema defensivo da Vila das Velas, cruzando fogo a leste com a Fortaleza de Santa Cruz, com o objetivo de proteger a Baía contra os ataques e incursões de piratas e corsários que frequentemente assolavam o mar dos Açores. Em 1884, o forte de Nossa Senhora da Conceição apresentava sete canhoneiras, uma casa da guarda e doze peças de artilharia.