Au cours de ses vingt premières années d’existence, la citadelle vit se succéder bon nombre d’unités, notamment le 50e Régiment de ligne. En 1873 arriva le 21e Régiment d’infanterie qui, avec des détachements d’autre unités, occupa la citadelle jusqu’en 1939.
A la veille de la Première Guerre mondiale, la citadelle hébergeait la grande majorité des quelque 2000 soldats que comptait alors la place de Langres. Le 21e Régiment d’infanterie paya bientôt un lourd tribut: avec plus de 2800 morts ou blessés, ses rangs durent être renouvelés près de deux fois et demie au cours de la Grande Guerre.
Les effectifs militaires présents à Langres diminuèrent très fortement au cours de l’Après-Guerre : si l’oncomptait encore 2250 hommes en 1921, ceux-ci étaient moins de 500 quinze années plus tard.
A la Libération, la citadelle fut affectée à la maintenance du matériel de transmissions, tandis que la partie sud du quartier Turenne hébergeait une compagnie de gendarmes mobiles depuis 1930. Lorsque ces derniers quittèrent les lieux en 1976, la 711e Compagnie mixte des essences occupait le quartier Turenne depuis trois ans : elle en concluera l’histoire militaire.
A présent, seule la partie est de la citadelle accueille encore un détachement de la 15e Base de Soutien du Matériel de Besançon.