Em 1555, Villegagnon instalou, no local onde hoje se encontra a Fortaleza de Santa Cruz, as primeiras peças de artilharia. Mem de Sá melhorou suas instalações em 1567. Posteriormente, a pequena fortificação foi batizada com o nome de Bateria de Nossa Senhora da Guia. No ano de 1599, a pequena bateria abriu fogo contra corsários holandeses que tentavam penetrar na Baía de Guanabara. Seu armamento, em 1612, era de vinte canhões.Quase cem anos depois, em 1710, a fortaleza impediu com sua artilharia a entrada do francês Duclerc. Entretanto, no ano seguinte, não impediu com sua artilharia a entrada do francês Duguay Touin, pois estava desguarnecida. Contava, então, com 44 canhões. Em meados do século XVIII contava já com 135 peças. Durante o Período Regencial teve seu armamento reduzido à metade. Entre 1863 e 1865, foram construídas várias casamatas na fortaleza, contando, nessa época, com 104 peças de artilharia. Em 1874, a fortaleza foi guarnecida com o 1º Batalhão de Artilharia a Pé.No início do século XX, passou a ser guarnecida pelo 1º Grupo de Artilharia de Costa e era armada com canhão 150mm Krupp. Hoje, a Fortaleza de Santa Cruz abriga o Comando da Artilharia Divisionária da 1ª Divisão de Exército.
