Op 1 mei 1393 schonk de aartsbisschop van Mainz, Konrad II von Weinsberg, een nieuwe kapel in Mühlbach prope castrum nominatum Gutenberg, vlakbij kasteel Guttenberg. Hier wordt het kasteel, dat volgens archeologische vondsten dateert uit de eerste helft van de 13e eeuw, voor het eerst genoemd in documenten. Als leengoed van de bisschoppen van Worms behoorde het toe aan de heren van Weinsberg. Vermoedelijk hadden de von Weinsbergs het kasteel ook gebouwd in opdracht van hun leenheer. De bisschop van Worms hield zich bezig met het veiligstellen van de douane-inkomsten op de langeafstandsroutes in zijn gebied. Kasteel Guttenberg is geen stichting van de Hohenstaufen dynastie; de veronderstelde functie van het kasteel als onderdeel van een verdedigingsring rond de Wimpfen palts is niet bewezen door bronnen en is ook niet waarschijnlijk vanwege de juridische relaties. In een document van 2 december 1449 bevestigde de bisschop van Würzburg dat hij, als voogd van de zonen van de overleden Reichserbkämmer Konrad IX von Weinsberg, kasteel Guttenberg, gelegen aan de Neckar, met de bijbehorende dorpen, samen met alle rechten, gebruiken en aanhorigheden, had verkocht aan Hans de Rijke von Gemmingen voor 6000 Rijnse florijnen. Met deze aankoop werd Hans von Gemmingen, ook wel Hans de Rijke genoemd, de stichter van het geslacht Gemmingen-Guttenberg, in wiens bezit het kasteel vandaag de dag nog steeds is. Met het verdelingsverdrag van 1 februari 1518 erfde Hans' kleinzoon Dietrich von Gemmingen († 1526) de nieuwe voorouderlijke zetel van de familie. Onder hem speelde het kasteel een rol in de Reformatieperiode, onder andere als locatie voor een religieuze discussie in het geschil over het Laatste Avondmaal van de Reformatoren. Er is geen bewijs van een belegering in de Middeleeuwen en het kasteel heeft ook geen schade geleden tijdens de Duitse Boerenoorlog. In de Dertigjarige Oorlog versloegen de katholieke troepen onder luitenant-generaal Johann T'Serclaes von Tilly het protestantse leger onder de markgraaf van Baden in mei 1622 in de slag bij Wimpfen, met zware verliezen (1500 tot 2000 doden aan beide kanten). In 1689, tijdens de Pfälzer Successieoorlog, verwoestte koning Lodewijk XIV van Frankrijk systematisch de keurvorstelijke Pfalz en de aangrenzende gebieden. Hoewel er altijd troepen door de regio trokken, bleef kasteel Guttenberg door gelukkige omstandigheden in alle oorlogen gespaard. Het kasteel ging door de handen van verschillende takken van de Heren van Gemmingen-Guttenberg. Philipp von Gemmingen (1702-1785), die werd bevoordeeld in een verdeling van de erfenis, overleefde zijn enige zoon, zodat het kasteel in handen kwam van de tak Bonfeld-Unterschloss, en daarin, te beginnen met de zonen van Ludwig Eberhard von Gemmingen-Guttenberg (1750-1841), was het in het bezit van een condominium van verschillende aandeelhouders dat duurde tot 1932. In 1825 verbleef Wilhelm Hauff (1802-1827) in het kasteel. Achter de naam Kasteel Thierberg in zijn novelle Het beeld van de keizer gaat Kasteel Guttenberg schuil. Het toerisme op het kasteel werd gesticht door Gustav von Gemmingen-Guttenberg (1897-1973), die in 1923 de bosbouw van het kasteel had overgenomen en de zagerij in Neckarmühlbach had opgericht. In 1949 richtte hij het kasteelmuseum in en in 1950 de kasteeltaverne in het voorgebouw, dat het jaar daarop al werd uitgebreid. Gustav von Gemmingen-Guttenberg was ook verantwoordelijk voor de komst van de Deutsche Greifenwarte in 1971. Na de komst van de Greifenwarte nam het toerisme op het kasteel enorm toe, zodat de kasteeltaverne in 1972 opnieuw werd uitgebreid met een zelfbedieningsrestaurant. Gustav von Gemmingen's zoon Christoph von Gemmingen-Guttenberg (1930-1999) en zijn vrouw Gabriele née. von Lersner (* 1935) zette het beheer en de uitbreiding van het kasteel voort.