Das Staatsgefängnis im Donjon von Vincennes existierte im Ancien Régime bis zum April 1784. Im 19. Jahrhundert dienten die Räume des östlich von Paris liegenden Donjons nur noch sporadisch als Gefängnis.
Der mächtige, 52 m hohe, gotische Vierturm-Donjon diente einst als Wohnsitz der ersten Valois-Könige. Erst unter Ludwig XI. wurde er als Gefängnis verwendet. Durch eine eigene Ringmauer und einen separaten Graben von der restlichen Burg isoliert, war er für diese neue Aufgabe geradezu prädestiniert. Der Gefängnisbetrieb erforderte nur geringe bauliche Anpassungen.
Während im 17. Jahrhundert auch die großen Mittelsäle als Zellen dienten, wurden im 18. Jahrhundert nur die 8-eckigen Gelasse der kleineren Ecktürmchen zur Unterbringung verwendet. Napoleon I. ließ 1808 eine Gefängnistüre und einen Ofen aus dem Temple installieren, die man noch heute im Donjon sehen kann. Im Gegensatz zu den anderen Türmen blieb er dank seiner Funktion als Staatsgefängnis nahezu unversehrt. Er gilt als der bedeutendste erhaltene Donjon von Frankreich. Es erfolgten drei Restaurationskampagnen, unter Viollet-le-Duc, 1914 und von 2000–2005. Seit 1934 beherbergt er ein historisches Museum.
Der Donjon war wie die größere Bastille ein königliches Gefängnis. Die Staatsgefangenen wurden mittels eines von König und Minister unterzeichneten, versiegelten Verhaftbriefes (lettre de cachet) im Donjon inhaftiert. Die neuere Forschung zeigte, dass die verrufenen, königlichen Verhaftbriefe einige Vincennes-Insassen vor einer schlimmeren Strafe durch die Justiz (Parlement) bewahrten. Der König konnte auf selbe Weise auch eine Verbannung nach Vincennes aussprechen.
In der Liste der Donjon-Gefangenen findet man diverse berühmte Namen wie der Schriftsteller Claude Crébillon, der Enzyklopädist Diderot, der Kardinal von Retz (Jean-François Paul de Gondi), der unverbesserliche Libertin Marquis de Sade und der Revolutionär Mirabeau. Bekannte Blaublüter sahen die roten Gitterstäbe, so der Grand Condé (Louis II. de Bourbon, prince de Condé) und sein Bruder, Prinz von Conti (François de Bourbon, prince de Conti), die im wahrsten Sinne auf den Spuren ihres Vaters, Prinz von Condé (Henri II. de Bourbon, prince de Condé), gewandelt waren, der auch schon hier einsaß. Selbst der Name des Ausbrecherkönigs Herzog von Beauford, lässt sich nicht von Vincennes loslösen, zumal schon sein Vater (César de Bourbon, duc de Vendôme), unfreiwillige Bekanntschaft mit dem Donjon geschlossen hatte. Ludwig XIV. ließ seinen Finanzminister Fouquet und den Herzog von Lauzun (Antoine Nompar de Caumont, duc de Lauzun) hier festsetzen. Von der Revolution als Helden hochgejubelte Geisteskranke wie Latude und Le Prévôt de Beaumont hatten hier ihre, als „Widerstand gegen die Tyrannei“ interpretierten Tobsuchtsanfälle. In das nahe Schloss, gegenüber dem Donjon, wurde der als Physiokrat bekannte Marquis de Mirabeau (Victor Riquetti, Vater des Grafen Mirabeau) für kurze Zeit verbannt.
An der Spitze der Gefängnis-Hierarchie stand im 18. Jahrhundert der königliche Leutnant und Gouverneur des Donjons (Lieutenant du roi et gouverneur du Donjon), der dem Polizeipräfekten von Paris unterstellt war. Für das leibliche und seelische Wohl der Gefangenen waren ein Arzt (Médecin du roi), ein Oberchirurg (Chirurgien & apoticaire major), ein Zahnarzt (Dentiste) ein Augenarzt (Oculiste), ein Beichtvater (Confesseur) ein Anstaltsgeistlicher (Aumônier) und ein Küchen-Team besorgt. Im inneren Bereich waren im Donjon drei Wärter (Porte-clefs) zuständig, während außerhalb Schildwachen (Sentinelles) den Dienst versahen. Ein Sekretär des Polizeipräfekten las und zensurierte in Paris die Briefe der Vincennes-Häftlinge.
Der literarisch als „Hölle“, „Grab“ und „Ort des Horrors“ verschriene Donjon zu Vincennes war weit besser als sein Ruf. Die jüngste Forschung zeigt, dass romantische Gefängnisliteratur, Pamphlete und auf Dramatik zielende, von revolutionärem Gedankengut getragene Gefängnis-Memoiren ehemaliger Insassen wie Latude, Le Prévôt de Beaumont oder Mirabeau mit Vorsicht gelesen werden müssen. Im Vergleich zu den schrecklichen Zuständen in den Parlamentsgefängnissen und Irrenanstalten hatten es die Vincennes-Insassen relativ komfortabel. Die Qualen waren trotz Krankheiten, Mangel an Luft, Licht oder Wärme weniger körperlicher Natur, sondern basierten vor allem auf seelischen Schmerzen. Einsamkeit, Langeweile, häusliche Sorgen oder die marternde Ungewissheit über das Entlassungsdatum machten den Lettre-de-cachet-Gefangenen vor allem das Leben schwer. Die bei Reue, Einsicht und gutem Betragen gewährten Hafterleichterungen oder Milderungen (adoucissement) wie Promenade, Bücher, Zeitschriften, Schreibutensilien, Briefe, Messebesuche, Besuche, Zellengenossen oder Diener konnten den monotonen Alltag erleichtern. Die Promenade war im 18. Jahrhundert die einzige körperliche Ertüchtigungsmöglichkeit. Möglichkeiten für handwerkliche oder körperliche Arbeit fehlten in diesem eher aristokratischen Gefängnis, so dass nur eine schriftstellerische Arbeit in Betracht kam. Die Hafterleichterungen konnten bis zur Halbgefangenschaft (demi-liberté) ausgeweitet werden, die in der Verbannung oder Freilassung endete. Bei schlechter Führung wurden Erleichterungen wiederum entzogen. Bei schwerwiegenden Verstößen gegen die Gefängnisordnung, wie bei Gewaltausbrüchen und Tobsuchtsanfällen, konnte eine schwere Kerkerhaft verhängt und der Gefangene in eine spezielle Zelle (cachot) überführt werden. Bei zu Gewaltausbrüchen oder Tobsuchtsanfällen neigenden Geisteskranken wurde diese Maßnahme dem damaligen Wissenstand gemäß als letzte Weisheit verhängt.
Der kastilische Edelmann Philippe von Crouy, Herzog von Arcos, floh 1556 in den Kleidern eines Bauern aus der Burg. Der spektakulärste Ausbruch gelang dem Herzog von Beauford. An Pfingsten 1648 kletterte er an einem Seil von der Galerie der Donjon-Ringmauer in den Graben. Auf der anderen Seite warteten 50 berittene Helfer auf den Herzog. Das von den Prinzen von Condé und Conti und des Herzog von Longueville geschmiedete Komplott misslang. Latude berichtet in seinen Memoiren von zwei gelungenen Fluchtversuchen in den Jahren 1750 und 1765.
Am Ende des Ancien Régime saßen nur noch 15 Gefangene im Donjon. Auf Befehl von König Ludwig XVI. wurde 1784 das Staatsgefängnis geschlossen, die Bewachung und das Amt des Gouverneurs aufgehoben. Die letzten Insassen wurden in andere Gefängnisse überwiesen. 1785 zogen eine Bäckerei und eine Gewehrmanufaktur in den Donjon ein.
Die Nationalversammlung beschloss im November 1790 per Dekret, den Donjon wiederum als Gefängnis zu nutzen, weil die Pariser Gefängnisse überfüllt waren. Im Pariser Volk kursierte mitunter das Gerücht, dass man dort ein royalistisches Waffenlager für eine Gegenrevolution einrichten wolle. Am 28. Februar 1791 stürmte eine aufgebrachte, mehrheitlich aus der Vorstadt Saint-Antoine stammende Volksmasse den leeren Donjon. Der Bürgermeister von Vincennes rief die Pariser Nationalgarde um Hilfe. Kommandant La Fayette verhinderte die Zerstörung des Donjons, indem er mit einigen Reitern den Aufruhr auflöste und 60 Personen festnahm. Die Nationalversammlung beschloss, auf ihr Vorhaben zu verzichten.
Unter Napoleon I. wurde der Donjon von 1804–1814, während den Revolutionen von 1830 und 1848 und infolge des Aufstands der Kommune 1872 als Gefängnis benutzt. 1808 saßen Jules und Armand Polignac im Donjon, weil sie an der Verschwörung von Cadoudal und Pichegru gegen Napoleon I. beteiligt waren. Der Streit zwischen Napoleon I. und dem Papst führte 1811 zur Festsetzung zahlreicher Geistlicher. Infolge der Julirevolution kam Jules Polignac erneut als Gefangener nach Vincennes, wo bereits die gestürzten Minister Peyronnet, Guernon-Ranville und Chantelauze einsaßen. Die Republikaner Barbès, Blanqui und F. Raspail wurden wegen der Teilnahme am Pariser Juniaufstand 1848 im Donjon festgesetzt.