Die vom Thüringer Grafen Ludwig dem Springer (Ludwig von Schauenburg) um 1090 gegründete Burg war eine der ältesten und wichtigsten Burgen der Landgrafen von Thüringen. Ludwig sicherte mit diesem Bau seiner Familie, den Ludowingern, den Herrschaftsanspruch im Osten. Mit dem Aufstieg der Familie in die erste Reihe der Reichsfürstengeschlechter erfolgte ein Ausbau der Burg in einer weitläufigen Anlage mit repräsentativen Wohnbauten, gewaltigen Mauern, mächtigen Türmen und Toren. Mit der mittelalterlichen Geschichte der Burg sind Namen, wie die 1235 heilig gesprochene Landgräfin Elisabeth von Thüringen, der mit den Ludowingern verschwägerte Kaiser Barbarossa und der Dichter Heinrich von Veldeke, der 1185 seinen Eneasroman dort vollendete, eng verbunden.
Das Schloss gelangte nach Aussterben der Ludowinger 1247 in den Besitz der Markgrafen von Meißen aus dem Haus Wettin. Ein Ausbau zum Wohn- und Jagdschloss erfolgte im 16.Jahrhundert bzw. im 17. und 18. Jahrhundert durch die Kurfürsten von Sachsen und die Herzöge von Sachsen-Weißenfels. 1815 ging es in preußischen Besitz über und diente als Verwaltungssitz und Staatsdomäne. Die Neuenburg entwickelte sich mit Errichtung eines Museums im Sommer 1935 zu einem beliebten Ausflugsziel.