Das Darmstädter Residenzschloss entwickelte sich aus einer im ersten Drittel des 13. Jahrhunderts entstandenen Wasserburg der Grafen von Katzenelnbogen, die ihrerseits auf einem frühmittelalterlichen befestigten Wohnsitz fußte und seit 1386 als Witwensitz und Nebenresidenz genutzt wurde. 1479 gelangte die Burg in den Besitz der Landgrafen von Hessen, die sie jahrzehntelang baulich vernachlässigten. Im Schmalkaldischen Krieg brannten 1546 alle in Fachwerk errichteten Bauten ab. Beim zunächst von Landgraf Ludwig IV. geleiteten Wiederaufbau wurden die Obergeschosse des ehemaligen Palas, des so genannten Herrenbaus, und der sich anschließende Saalbau in massiver Bauweise errichtet. Georg I. erhob DA 1567 zur Residenzstadt und ließ die alte Wasserburg nach den Plänen von Christoph Müller und unter der Leitung von Jakob Wustmann und Jakob Kesselhuth zum Residenzschloss ausbauen. Dabei wurden die Wallmauern mit Bastionen verstärkt, der Wassergraben vertieft und der Herrenbau erweitert. Nach 1589 entstanden die Kanzlei, der Marstall und das Zeughaus, die heute nicht mehr existieren. Zwischen 1595 und 1597 wurden der Kaisersaalbau und der Kirchenbau errichtet. Der gleichzeitig entstandene Paukergang stellte eine Verbindung zwischen Herren- und Kirchenbau her.
Unter den Landgrafen Georg II. und Ludwig VI. wurde das Schloss im 17. Jahrhundert durch die Baumeister Jakob Müller, Johann Wilhelm und Seyfried Pfannmüller erweitert. Zwischen 1627 und 1678 wurden u. a. der Glockenbau, der Holländische Bau, das Brückenhäuschen sowie der Prinz-Christian-Bau errichtet und die Kanzlei zu einer Dreiflügelanlage ausgebaut. Der an der Südostecke des Kirchenhofs stehende alte Bergfried wurde für diese Umgestaltung niedergelegt.
Nach dem Schlossbrand von 1715, dem u. a. die Kanzlei zum Opfer fiel, betraute Landgraf Ernst Ludwig Louis Remy de la Fosse mit einem barocken Neubau, dem so genannten Neuschloss. De la Fosse entwarf eine gewaltige vierflügelige Schlossanlage mit zentralem Turm. Sein Plan sah einen völligen Abriss des alten Schlosses vor. Mit den Abriss- und Bauarbeiten wurde 1716 begonnen. 1726 war etwa ein Viertel des Entwurfs ausgeführt. Die weiteren Arbeiten mussten aber wegen finanzieller Schwierigkeiten eingestellt werden. Die ausgeführten Flügel blieben im Rohbau stehen, nur einige Räume im Erdgeschoss wurden nach und nach zur Benutzung hergerichtet und konnten u. a. vom Archiv (Hessisches Staatsarchiv), von der Schlosswache und der Rentkammer (Landesregierung) genutzt werden.
Erst Anfang des 19. Jahrhunderts erhielten die Obergeschosse des Neuschlosses eine Fensterverglasung und die zwei bestehenden Flügel wurden allmählich voll ausgebaut. Georg Moller legte mehrmals Pläne zur Neugestaltung der Gesamtschlossanlage unter Berücksichtigung der Neuschlossflügel und des Abbruchs des gesamten Altschlosses vor, die jedoch von den Großherzögen Ludewig I. und Ludwig II. nicht genehmigt wurden. 1842 wurde das Neuschloss – bis auf einige Räumlichkeiten im Erdgeschoss – vollständig der Bibliothek (Universitäts- und Landesbibliothek) und den Großherzoglichen Sammlungen mit Naturalienkabinett (Hessisches Landesmuseum) zur Verfügung gestellt. Die landgräfliche Familie hatte schon im 18. Jahrhundert nur noch unregelmäßig im Schloss gewohnt, und so nutzten auch die Großherzöge das Altschloss bald nur noch für repräsentative Zwecke oder zur Unterbringung hoher Staatsgäste. Größere bauliche Maßnahmen wurden am Altschloss erst wieder unter Großherzog Ernst Ludwig vorgenommen, u. a. 1893 der Anbau des Teepavillons am Herrenbau.
Nach dem Ersten Weltkrieg ging das Schloss in den Besitz des Volksstaates Hessen über. Seit 1924 war das Schlossmuseum in Räumen des Altschlosses untergebracht. In der Darmstädter Brandnacht 1944 brannte der gesamte Schlosskomplex aus. 1946 wurde mit dem Wiederaufbau begonnen, der erst Anfang der 1970er Jahre abgeschlossen war; dabei wurde unter Wahrung der Überreste das äußere Erscheinungsbild fast unverändert wiederhergestellt.
Die im Jahre 2008 begonnene Gesamtinstandsetzung des Darmstädter Residenzschlosses dauert noch an. 2016 ist der fertiggestellte Glockenbau wieder zugänglich geworden. Heute ist das Schloss Sitz der Technischen Universität, des Deutschen Polen-Instituts und des Schlossmuseums.
Lit.: Zimmermann, Georg: Das Darmstädter Schloss und seine Baugeschichte, Darmstadt 1978.