Nie wiadomo dokładnie, kiedy zostały wzniesione mury średniowiecznego zamku. Gród kasztelański, wzmiankowany w bulli papieskiej Hadriana IV już w 1155, został ostatecznie przekazany przez Henryka Probusa, na mocy testamentu z 1290, biskupom wrocławskim. Tym samym zakończył się wieloletni lokalny spór Probusa z biskupem Tomaszem II o te dobra. W 1810 na skutek sekularyzacji miasto i zamek przeszły na własność państwa.

Po zakończeniu konfliktu odbudowano zamek na planie poprzednika, a główne prace budowlane prowadzone były w latach 1341–1376, za czasów biskupa Przecława z Pogorzeli. Budowla, z powodu mieszczącego się tam skarbca biskupów, była wielokrotnie atakowana, głównie przez husytów i zbrojnie sprawdzała się w walce. W latach 1484–1485 warownię rozbudował Jan IV Roth w stylu późnego gotyku, kładąc nacisk na modernizację systemu obronnego.

Kolejną zmianę przyniosły lata 1585–1596, kiedy to biskup Andrzej Jerin przekształcił średniowieczny zamek w renesansową rezydencję. Zrujnowany wojną trzydziestoletnią został odbudowany w latach 1625–1665 przez Karola Ferdynanda Wazę. Kolejne innowacje zamek zawdzięczał Ludwikowi Franciszkowi Neuburgowi. Za jego bytności w Otmuchowie powstało w zachodniej części skrzydło mieszkalne oraz nowy budynek zwany dolnym zamkiem (1706–1707). W początkowej fazie wojny śląskiej w 1741 budowla uległa zniszczeniu od północnej oraz zachodniej strony; została wprawdzie odbudowana, jednak tylko częściowo, i pełniła od tej pory jedynie funkcję administracyjną. Biskup wyprowadził się z miasta przejętego przez Prusy.

Po wprowadzeniu w życie sekularyzacji zamek stał się własnością Hohenzollernów, którzy darowali go, za zasługi dla państwa pruskiego, Wilhelmowi von Humboldtowi (1830). Nowy właściciel zamieszkał w dolnym zamku i polecił rozbiórkę południowej oraz zachodniej części warowni, by uzyskany budulec przeznaczyć na renowację najlepiej zachowanego północnego skrzydła. W miejscu powstałej wolnej przestrzeni założono ogród. W 1929 zamek przeszedł na własność gminy Otmuchów, sprzedany przez prawnuka Wihelma – Bernarda von Humboldta-Dachroedoena.