El castillo fue levantado entre 1695 y 1699 por el arquitecto Johann Arnold Nering, por encargo de Sophie Charlotte, esposa del príncipe Federico III. El edificio de estilo barroco se dio a conocer inicialmente con el nombre de Lietzenburgo. Con la coronación en 1701, Sophie Charlotte se convirtió en reina y Federico en el rey Federico I de Prusia. Aunque el castillo en un principio fue construido como una casa de verano, el arquitecto Eosander de Göthe realizó una ampliación, convirtiéndolo en una casa digna de sus propietarios. Tras el fallecimiento de su esposa en 1705, Federico I, en honor a su esposa, le dio al castillo el nombre de Charlottenburg. De 1707 a 1712 se llevó acabo otra ampliación que nos brindó la hermosa cúpula. En la historia del castillo destaca sin duda la habitación de ámbar.
Cuenta con un revestimiento de precioso ámbar, que más tarde se nombraría como la octava maravilla del mundo. Fue diseñada por el arquitecto y escultor Andreas Schlüter. La obra la llevó a cabo el especialista danés en piedra ámbar Gottfried Wolffram, que trabajaba al servicio del rey desde 1701. Sin embargo, en 1706 se traspasó el encargo a Ernst Schacht y Gottfried Turau porque el presupuesto de Wolffram se consideró demasiado elevado. Nunca se supo a qué habitación fue destinado el revestimiento de ámbar y la habitación nunca se completó en Charlottenburg. Se trasladó e instaló en el castillo de la ciudad de Berlín y finalmente en 1716 Federico Guillermo I se lo regaló al zar ruso Pedro el Grande (Pedro I de Rusia). Después de la muerte de Federico I en 1713, su sucesor Federico Guillermo I descuidó bastante el edificio.
Pero debido al sentido económico de su propietario, no lo dejó de lado por completo. Mantenía las instalaciones para tener una temperatura agradable en su interior, cuidaba los muebles y cuadros y tenía muy claro que el castillo le servía para intenciones representativas y actos oficiales. El Belvedere. En el año de la muerte de Federico Guillermo, 1740, su sucesor Federico II convirtió a Charlottenburg en su principal residencia.
Le tenía un gran cariño al castillo e hizo adaptar el segundo piso para servirle como sus habitaciones privadas. Efectuó otra ampliación en estilo rococó y surgió una nueva nave, que tras la Segunda Guerra Mundial se empezó a llamar Knobelsdorf-Flügel ('Nave de Knobelsdorf'). Federico II finalmente perdió el interés en el edificio, en favor del castillo de Sanssouci. Su forma actual la recibió el castillo con la conclusión del teatro bajo el mandato de Federico Guillermo. El teatro del castillo jugó un papel importante en la historia teatral alemana, ya que Federico Guillermo II lo convirtió en un centro de la literatura alemana. Desde 1795 se han representado en su escenario obras de Goethe y Lessing. El rey se instaló en el primer piso de la nueva nave: en el sur se hizo preparar una habitación de invierno, en el norte una habitación de verano (en estilo neoclásico).