Gottorp Slot var oprindelig bolig for biskoppen i Slesvig, men slottet blev revet ned af Valdemar den Store og erstattet af en ny borg. Denne borg var gennem middelalderen sæde for de slesviske hertuger, som kom af Abels slægt. I tiden under Christoffer 2 og fremefter var slottet tit overtaget af medlemmer af den holstenske grevefamilie, som havde fået Slesvig som pant. Efter Gerhard 6‘s død i 1404 overtog Henrik den Milde af Lüneburg slottet og der var kampe mellem ham og Erik af Pommern om at få slottet og andre holstenske besiddelser i Sønderjylland tilbage til den danske krone.
Da Hans blev konge i 1481, blev det aftalt, at han skulle dele hertugdømmerne Slesvig og Holsten med sin bror Frederik. De to hertugdømmer blev opdelt i en række mindre dele, og de dele, som indeholdt Gottorp, tilfaldt Frederik, som herefter sad som hertug på slottet fra 1490 til sin død i 1533, hvor han også var konge af Danmark. Frederik gennemførte store udbygninger af slottet. I 1503 blev hans søn, Christian 3 født her. I 1544 overtog Christians yngre halvbror, hertug Adolf, slottet som hertug over den gottorpske del af Slesvig-Holsten. Adolfs efterfølgere boede så på slottet frem til 1721, hvor det efter afslutningen af Store Nordiske Krig overgik til den danske konge, Frederik 4, som dog havde overtaget slottet allerede i 1713. Dronning Marie Sophie Frederikkes forældre, Carl af Hessen og Louise af Danmark boede på slottet i starten af 1800-tallet, hvor den senere dronning havde sin opvækst.
I dag huser slottet også Nydambåden, som blev udgravet i Nydam Mose i 1863. Man kan også se fund fra Husby-graven på museet. I parken kan ses en kopi af den gottorpske kæmpeglobus fremstillet under Frederik 3 af Gottorp. Originalen kom til Rusland, men blev ødelagt. Resterne findes i Skt. Petersborg.