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. 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.