Benteng Willem I berdasarkan pengamatan karakter arsitekturnya menunjukkan tingkat keamanan yang lebih rendah dibandingkan dengan benteng-benteng yang lain. Hal ini terlihat dari penggunaan tembok keliling benteng yang mempunyai banyak jendela tidak seperti benteng-benteng lain yang tembok kelilingnya masif.
Benteng Willem I yang didirikan sesudah perang Diponegoro memang berbeda dengan benteng-benteng sebelumnya (jaman VOC). Bangunan ini memiliki dua peran peruntukan yang berbeda. Kedua peran tersebut adalah peran tangsi militer dan peran benteng logistik. Pemberian 2 peran berbeda ini merupakan hasil pelajaran perang pemberontakan Diponegoro yang berlangsung 5 tahun dan hampir menghabiskan kas Negeri Belanda.
Sebagai benteng logistik militer sekaligus tangsi, Benteng Willem I memiliki desain luar biasa yang melukiskan kekuatan sebuah benteng yaitu banyak jendela di dalam benteng dan bastion-bastion baluarti tidak terdapat dalam gedung utama, tetapi mengapit dan tidak akan terbuka walaupun dihantam peluru musuh. Bastion ini masih dilindungi dengan posisi lingkungan alam yang terpampang luas dan terbuka, sehingga memudahkan pengamatan dan pengintaian saat musuh datang.
Bila dideskripsikan dengan diurutkan dari garis terluar, bangunan yang ada yakni bangunan trapesium, bastion, pendukung bastion, dan pintu gerbang. Keempat bangunan ini dibangun dengan konstruksi yang sangat kuat. Secara umum, ketebalan dinding semenan bata mencapai 50 cm, namun di bagian tertentu mencapai 100 cm. Bangunan trapesium dan bastion merupakan bangunan lantai dua dengan sekat pembatas adalah lantai kayu jati yang ditopang dengan balok kayu jati pula. Hal ini mencerminkan kekuatan konstruksi bangunan benteng yang cukup kuat sebagai tangsi militer dan benteng logistik.
Ditinjau dari bentuk bangunannya, pintu gerbang yang memiliki lima ruang yang terpisahkan oleh sekat dinding semenan memiliki fungsi pengamanan yang sangat kuat. Bagian tengah merupakan ruang terlebar dan digunakan sebagai pintu masuk. Pada kedua dindingnya, ruangan tengah tengah ini memiliki relung tempat penjaga piket. Keempat ruang lain diperkirakan digunakan sebagai ruang jaga dan ruang pendukung pintu gerbang utama.
Bentuk dan wajah bastion juga mencerminkan bahwa bangunan ini juga difungsikan sebagai bangunan pertahanan, karena menyerupai ujung mata anak panah yang diarahkan ke bagian depan. Bentuk bastion di pojok dan bentuk trapesium pada bagian muka bangunan juga menggambarkan sistem pengamanan dari depan hingga belakang. Kedua bangunan tersebut dipergunakan sebagai tempat pengintaian, terbukti pada bagian dindingnya terdapat beberapa lubang tempat pengintaian dan penempatan senjata.
Sementara bila dilihat dari interiornya, tampak dari pembagian ruang yang ada, bangunan terluar ini menggunakan sistem pengamanan yang pada masing-masing ruang, walau dalam bentuk yang sama, memiliki fungsi yang berbeda namun saling mendukung. Interior Bastion terbagi menjadi dua lantai. Lantai 1, dipergunakan sebagai tempat istirahat dan logistik persiapan, sementara lantai 2 dipergunakan sebagai ruang intai dan penempatan senapan, baik senapan kecil maupun senapan besar. Kedua lantai dipisahkan dengan tatanan kayu jati yang dipasangkan pada umpak batu yang menempel pada dinding dan ditopang dengan balok kayu jati.
Beranjak kepada bangunan utama pada Benteng Willem I. Masing-masing bagian memberikan gambaran fungsi berbeda yang saling memberikan dukungannya. Dimulai dari sayap tenggara, barat daya, dan barat laut. Ketiga bangunan ini memiliki kesamaan yang hampir serupa, baik dari segi ukuran maupun bentuknya. Dengan demikian dapat diperkirakan bahwa dahulu ketiga bangunan ini juga memiliki fungsi yang hampir sama. Sedikit perbedaan ada pada sayap barat laut, yakni terdapat dua bagian bangunan yang menjorok keluar. Tempat ini dipergunakan sebagai dapur dan penyimpanan logistik pasukan.
Berbeda halnya dengan sayap timur laut yang terdiri dari 2 lapis bangunan. Bangunan terluar adalah asrama pemimpin pasukan. Hal ini tergambar dari bentuk bangunannya yang menyerupai apartemen dan saat ini juga digunakan sebagai rumah dinas karyawan lapas kelas IIA Ambarawa. Lapis kedua adalah bangunan antara yang digunakan sebagai ruangan fasilitas bagi komandan benteng yang tinggal di rumah dinas yang berada di tengah benteng. Kedua lapis bangunan pada sayap timur ini juga digunakan untuk melindungi rumah dinas komandan benteng.
Rumah dinas komandan benteng berada di tengah area benteng. Terdapat lima buah rumah besar. Bangunan terbesar berada di tengah. Rumah terbesar ini diperkirakan merupakan rumah komandan benteng. Keempat bangunan di kiri dan kanan bangunan tengah memiliki bentuk, ukuran, bahan dan konstruksi yang sama. Dapat diperkirakan bahwa mereka yang menempati keempat rumah ini memiliki pangkat dan jabatan yang sama. Dari empat bangunan ini, dua di antaranya telah mengalami kerusakan dan menyisakan sebagian tiang dan dindingnya saja.
Di tengah area benteng Willem I terdapat bangunan fasilitas berupa menara suplai air yang dikelilingi oleh pertamanan. Hal ini menggambarkan bahwa perancang Benteng Willem I memikirkan ketersediaan fasilitas pendukung yang nyaman bagi para penghuninya.
(Laporan Studi Teknis Arkeologis Benteng Willem I Ambarawa Kabupaten Semarang)
