Die Geschichte des Stadtschlosses fängt bereits 1095 mit der ersten urkundlichen Erwähnung des Ortsadel „von Treuchtlingen“ an. Etwa zur gleichen Zeit begann man mit dem Bau der ersten Burg auf dem heutigen Schlossberg. Gleichzeitig wird in einer Flussschleife im Tal ein Turmhaus errichtet. Daraufhin teilt sich die Familie in zwei Linien. Die „Wiriche“ bewohnten die Obere Veste, also die erste Burg. Die „Ulriche“ fanden ihr Zuhause unten im Turmhaus, der später zu einer Wasserburg ausgebaut und somit auch zur zweiten Burg wurde. 1354 wird Wirich III. alleiniger Herr über beide Burgen.
Lange lebten die Familien in den Burgen bis letztendlich 1422 die männliche Linie der von Treuchtlingen Familie ausstirbt. Doch durch erbende Töchter ging die Niedere Veste, also das jetzige Stadtschloss, an die Herren von Seckendorff über und die Obere Veste blieb sich selbst überlassen.
Nicht lange nach der Erbschaft änderte sich die Eigentümerfamilie wieder. 1447 kauft Marschall Heinrich von Pappenheim die untere Burg für seinen Sohn Georg, der hier seine eigenen Linie der Pappenheimer gründete. Die Burg wurde seitdem von einem Seitenzweig der Familie von Pappenheim belebt.
1594 wird im Stadtschloss Marschall Gottfried Heinrich, der spätere „General Pappenheim“, geboren.
1622 lässt dieser als Dank für seine Regimentverleihung und Beförderung zum Oberst ein Steinkreuz errichten. Das Original steht heute noch im Garten des Schlosses und ein Abguss im Stadtpark. Sechs Jahre später im Jahr 1628 wird Marschall Gottfried Heinrich vom Kaiser Ferdinant II. in den Reichtsgrafenstand erhoben.
Doch niemand lebt ewig, denn nur wenige Jahre danach am 17.11.1632 stirbt der berühmte Reitergeneral des 30-jährigen Krieges, Reichserbmarschall Graf Gottfried Heinrich von Pappenheim/Treuchtlingen, Bayerischer Feldmarschall und Träger des Goldenen Vlieses, nach tödlicher Verwundung in der Schlacht bei Lützen (6.11.1632) und wird im Kloster Strafhow in Prag begraben. Bis 1647 hatten sechs Generationen der Linie Pappenheim/Treuchtlingen im Schloss residiert.
Durch den Ausspruch „Daran erkenn ich meine Pappenheimer“ aus Schillers Drama „Wallenstein“ erlangte der Familienname seine „Unsterblichkeit“.
Ab 1647 ergreift Albrecht V., Markgraf von Brandenburg-Ansbach, Besitz von der Herrschaft Treuchtlingens. Das Schloss wird Sitz des Verwaltungsamtes Treuchtlingen. Es wird für den Sohn Prinz Albrecht Ernst als zweite markgräfliche Residenz ausgebaut. Der frühere Tod des Prinzen beendet diese Entwicklung. 1791 verkauft der letzte Markgraf Christian Friedrich Carl Alexander von Brandenburg-Ansbach seinen Besitz dem König Friedrich Wilhelm II. von Preußen. Das Schloss wird Sitz eines königlich-preussischen Verwaltungsamtes.
1798 ersteigert der Fabrikant Johann Caspar Aurnhammer von den Grafen Ansbach das ruinöse Stadtschloss, zur Erweiterung seiner 1774 gegründeten „Leonischen Tressen- und Seidenmanufaktur“ und beginnt mit umfangreichen Abriss- und Umbauarbeiten, die sich über Jahrzehnte ziehen. Letztendlich erfolgte die Fertigstellung des Nordflügels des neuen Stadtschlosses im Jahr 1846. Der Nachfolger Heinrich Aurnhammer nimmt ab 1885 weiter Umbauten an den Wohngebäuden vor, doch im zweiten Obergeschoss sind die historischen Räume der Familie Aurnhammer um 1885 erhalten geblieben. Ebenso gibt es dort eine Posamenten-Ausstellung, die als Aurnhammer Sammlung bekannt ist.
1985 wird das Schloss verkauft. Der Westflügel geht an das Unternehmen Schäff Bräu und der Nord- und Ostflügel an die Stadt Treuchtlingen. Im Erdgeschoss des Ostflügels sind heute das Naturpark Informationszentrum und die Touristinformation der Stadt Treuchtlingen untergebracht.