In origine il Castello di Moncalieri si presentava come un fortilizio medioevale, composto da quattro torri circolari, due quali attualmente visibili esternamente. Una di queste torri venne alla luce soltanto dopo i lavori di restauro più recenti.
Il Castello di Moncalieri venne restaurato ed ampliato grazie alla volontà di Jolanda di Valois che ne volle fare una dimora ducale. Ciò accadeva nella seconda metà del Quattrocento. Nel 1475 venne stipulato uno dei documenti di valore storico firmati al Castello di Moncalieri: il Trattato di Moncalieri tra la duchessa Jolanda, Carlo Emanuele e Galeazzo Sforza Duca di Milano.
Uno dei sovrani che, seppur non in modo continuo, abitò il Castello fu Emanuele Filiberto, che visse tra il 1528 ed il 1580. Carlo Emanuele I, suo successore al trono, diede vita ai lavori di ampliamento dell'antico maniero. Sul finire del XVII secolo il Castello assunse la struttura attuale. Ai lavori parteciparono architetti di grande valore: da Amedeo di Castellamonte a Carlo Morello.
I giardini e le fontane vennero realizzate successivamente, ad opera di Vignon. Nel 1732 morì proprio al Castello il Re Vittorio Amedeo II, che aveva abdicato in favore del figlio, Carlo Emanuele III, che tenne in prigionia suo padre e la seconda moglie.
Proprio durante il regno di Carlo Emanuele III, vennero effettuati molti lavori al Castello, con l'aiuto di Benedetto Alfieri.
L'architetto Francesco Martinez sul finire del VII secolo realizzò la costruzione della cappella, la modifica della facciata interna e il giardino delle Rose, recentemente riportato all'antico splendore.
Anche Vittorio Amedeo III, nel 1796, e suo figlio Vittorio Emanuele I, nel 1824, terminarono qui i loro giorni.
Durante l'occupazione francesi il castello subì parecchi danni. Venne utilizzato come ospedale e come carcere ed una parte del parco anche come cimitero.
Vittorio Emanuele I operò ulteriori restauri al castello: tra questi da segnalare il rifacimento dello scalone principale a tre rampe ed alcune sculture.
Il Castello di Moncalieri divenne residenza reale dopo il passaggio del trono al ramo Savoia-Carignano con Carlo Alberto.
Nel corso del Risorgimento, Vittorio Emanuele II decise di restaurare gli appartamenti reali secondo il gusto del periodo e annullando, di fatto, i ricordi delle epoche precedenti.
Il secondo atto storico siglato a Moncalieri fu il Proclama di Moncalieri, emanato da Carlo Alberto e controfirmato da Massimo D'Azeglio. Nel proclama il Re decise di sciogliere il parlamento facendo approvare al nuovo il trattato di pace con l'Austria.
Il Castello venne abbandonato, di fatto, dai reali nel corso della fine della seconda guerra mondiale, quando venne occupato dapprima dai fascisti e, successivamente, dai partigiani. Dal 1948 è sede del I Battaglione di Allievi Carabinieri Piemonte.
Nel 2008 un incendio improvviso ha parzialmente e gravemente danneggiato una torre del Castello. Opere pregiate ed arredamenti di valore sono andati definitivamente perduti.
