Il baluardo Santa Maria si distingue per le fiancate a 'musone' ossia con gli orecchioni a spigoli e non stondati come negli altri baluardi più moderni e più evoluti nella tecnica architettonica militare. Fu infatti il primo baluardo della nuova cinta ad essere realizzato pochi anni dopo la piattaforma San Frediano. Conserva solo le piazze di manovra inferiori con le cannoniere attualmente utilizzate come passaggi. Le sortite si aprano nelle cortine di fronte ai fianchi e sono in comunicazione con l'area delle cannoniere. All'interno esistono ancora due scale a chiocciola che salivano alla piazza di manovra superiore