An der Stelle des heutigen Schlosses befand sich seit etwa 1143 ein Augustinerkloster. Landgraf Moritz ( 1592-1627 ) ließ es teilweise abreißen und baute ein Jagdschloss, den Vorgänger des heutigen Schlosses.

Ab 1701 ließ Landgraf Carl ( 1677-1730 ) am Osthang des Habichtswaldes eine gewaltige barocke Parkanlage entstehen. Später wollte er das Moritzschloss durch eine pompöse barocke Schlossanlage ersetzten. Doch seine Pläne scheiterten am Mangel von finanziellen Mitteln für den Bau, da er auch noch andere Projekte verwirklichte ( z.B. den Herkules und die Hugenottenstadt Karlshafen).

Erst seinem Sohn, Landgraf Wilhelm IX, seit 1803 Kurfürst Wilhelm I, gelang es, die heutige Schlossanlage bauen zu lassen. Er galt als einer der reichsten europäischen Fürsten seiner Zeit.

Die zwei Architekten Simon Louis du Ry ( 1726-1799 ) und Heinrich Christoph Jussow ( 1754-1825 ) wurden vom Landgrafen mit Plänen für den Neubau eines Schlosses beauftragt.

Der Bauherr zögerte lange, bis er sich für eines der Projekte entschied.
Einige Zeit lang wollte er ein Schloss im Ruinencharakter bauen lassen. Sein Architekt konnte Ihm jedoch diese Idee ausreden. Ganz abhalten ließ sich Landgraf Wilhelm nicht von seinem Plan. Von 1797-1796 ließ er die Löwenburg als nachempfundene mittelalterliche Burgruine errichten.

Der Oberbaudirektor du Ry konnte sich schließlich mit seinem Entwurf durchsetzen, zu beiden Seiten des Moritzschlosses je einen Pavillon im klassischen Stil zu erbauen.

1790 wurde das alte Moritzschloss abgerissen. Dieses Mal entschied sich Landgraf Wilhelm für einen Vorschlag seines Architekten Jussow. Von 1791-1798 entstand ein neuer Mittelbau mit einer großförmigen ionischen Säulenhalle und einer sie bekrönenden Kapsel.

Die Kuppel wurde im Zweiten Weltkrieg zerstört und nicht wieder aufgebaut.
1806 mußte Kurfürst Wilhelm I vor Napoleon flüchten und ins Exil gehen.
Napoleon bestimmte Kassel zur Hauptstadt seines neugegründeten westfälischen Königreiches.

Napoleon setzte seinen jüngsten Bruder als König ein, der nun ins Schloss Wilhelmshöhe einzog und es „Napoleonshöhe“ nannte. Gutmütig aber leichtsinnig und verschwenderisch residierte er im Schloss Wilhelmshöhe. Nach dem Sturz Napoleons kehrte Kurfürst Wilhelm I in seine alte Residenz zurück.

Der nächste Kurfürst Wilhelm II ( 1821-1831 ) ließ 1829 die Verbindungsbauten zwischen den drei Trakten in voller Höhe hochziehen. 1866 wurde das Kurfürstentum Hessen-Kassel nach dem Krieg zwischen Preußen und Österreich aufgelöst und Schloss Wilhelmshöhe gelangte in preußischen Besitz.
In den folgenden Jahren wurde es ein beliebter Sommersitz der Hohenzollern.

Im Krieg gegen Frankreich 1870/71 geriet Napoleon III in Gefangenschaft und erhielt das Schloss vom 4.9.1870 bis 19.3.1871 als Wohnsitz zugewiesen. Als letzter fürstlicher Bewohner lebte im Sommer 1918 einige Wochen Kaiser Wilhelm II mit seiner Familie im Schloss, bevor er nach Holland floh. Nach dem Sturz des preußischen Königshauses 1918 sorgte die preußische Schlösserverwaltung bis 1945 für die Erhaltung des Schlosses.

Am 29. Januar 1945 wurde die Schlossanlage durch Fliegerbomben weitgehend zerstört. 1945 sind Schloss und Park in das Besitztum des hessischen Staates übergegangen. Die Seitenflügel wurden bald wieder erneuert. Der Weißensteinflügel, der einzige Teil des Schlosses, der noch seine alte Form und die historische Raumausstattung bewahrt hat, war ab 1955 wieder zugänglich.

Der Mittelteil wurde erst in neuerer Zeit für die Aufnahme der berühmten Gemäldegallerie und der Antikensammlung restauriert.