977 wurde das Schloss als Salzburger Besitz erstmals urkundlich erwähnt. 1268 erfolgte die erste Nennung des Alachthofes, des Vorgängers des heutigen Schlosses. Die Alachter von Pottenbrunn waren ein bedeutendes Rittergeschlecht. Hans der Alachter war Hofmarschall Herzogs Albrecht IV, sein Sohn Niklas war Untermarschall in Österreich. Da letzterem aber viele Gewalttaten im Tullnerfeld angelastet wurden, belagerte 1408 Reinprecht von Wallsee im Auftrag des Herzogs Ernst die Wasserburg, jedoch ohne Erfolg.
Das Schloss wie wir es kennen wurde 1505 - 1527 von Ritter Sebastian Grabner als RENAISSANCE-SCHLOSS erbaut. Sie waren seit 1487 im Besitz der Rosenburg im Kamptal, nach deren Vorbild sie auch Schloss Pottenbrunn verschönern ließen. Ein gleichnamiger Enkel des Ritters von Zagging ließ 1594 die alte Pottenbrunner Wasserburg zum Renaissanceschloss mit den charakteristischen umlaufenden Galerien unter dem abgewalmten Doppelsatteldach erweitern. Auch der romanische Bergfried wurde mit einer Galerie versehen.
Seit 1926 ist das Schloss im Besitz der Fam. Trauttmansdorff.
Der quadratische, siebengeschossige Wehrturm besteht in seinem Kern noch aus romanischem Mauerwerk. Wie die übrigen Trakte des "Altschlosses" hat auch der Turm in seinem letzten Geschoß eine offene Galerie mit Steinbalustrade. Sie wird von gedrückten Rundbogen getragen, die auf Konsolen aufsitzen. Der Turm hatte vor 1961 statt eines Daches eine pseudomittelalterliche Wehrplatte mit Zinnenkranz. Da dies eine Veränderung des 19. Jh. war, erhielt er beim Neuaufbau von 1964 wieder seinen ursprünglichen Zwiebelhelm. Die Wassergräben des Schosses sind auch heute noch mit Wasser gefüllt. Über eine Brücke gelangt man zum Eingang des Vorschlosses, das auch "Neues Schloss" genannt wird, weil es erst um 1620 entstanden ist. Es hat einen hakenförmigen Grundriss. Der zweigeschossige Eingangstrakt wird von zwei achteckigen Türmchen mit Zeltdächern flankiert.

Die Grabner waren bis zum Jahre 1618 Besitzer des Schlosses. Zu ihrer Zeit wurden der romanische Kern des Turmes und der anschließende Trakt des "Altschlosses" im Renaissancestil umgebaut, wobei gewisse Anklänge an die Rosenburg, die ebenfalls den Grabnern gehörte, erkennbar sind. Charakteristisch ist bei diesem Bauwerk, dass unter dem Dach über flachen Mauerbögen eine offene Galerie mit Steingeländer und Flachbogen-Arkaden verläuft und auch den Turm umzieht.


1618 wurde das Schloss Pottenbrunn an Hans von Jörger verkauft, da der damalige Besitzer Christoph Grabner als Protestant auswanderte. Da sich die Jörger gegen Kaiser Ferdinand II stellten, wurde ihr Besitz konfisziert. Sie erhielten es aber 1627 wieder zurück.
1703 gelangte die Herrschaft durch Heirat an Hans Karl Kuefstein. Er legte hinter dem Schlossgarten einen Park an.
1782 erwarb Johann Anton Graf Pergen, der 1804 erster Polizeiminister und Schöpfer des Sicherheitsdienstes war, das Schloss. Er baute vor allem den Park aus und schmückte ihn mit zahlreichen romantischen Bauten (Gloriette, gotischer Tempel, Eremitage, Badehaus usw). Heute gleicht dieser englische Garten nur noch einem verwunschenen Paradies und wird fast zur Gänze vom Auwald eingenommen. Gegenüber dem Zustand gegen Ende des 18. Jh fehlen Teiche, Wiesenflächen und Wege. Das einzig noch vorhandene Bauwerk ist ein Gartenpavillon, in dem man nur mit Mühe den “Gotischen Tempel" erkennt.
1854 wurde das Schloss an Dusy de Lackowa verkauft, der griechisch-orthodoxen Bekenntnisses war.
1861 erwarb Karl Pirko das Schloss. Pirko erstammt einer Industriellenfamilie. Sein Sohn Franz von Pirko verkaufte das Schloss
1912 an Max Mauthner der es.
1916 den mit galizischen Ölquellen zum Millionär gewordene David Fanto verkaufte.
1922 vererbte David Fanto das Schloss an seine Töchter Dr. Martha Schwarz und Lili Berndt und seinen Sohn Richard Fanto.
Seit 1926 ist es Eigentum der Fam. Trauttmansdorff. In den letzten Tagen des Zweiten Weltkrieges wurden die damaligen Schlossbesitzer Josef und Helene Trauttmansdorff von SS-Soldaten erschossen. Das Schloss lag im Kampfgebiet, wurde schwer beschädigt und bis 1955 von russischen Truppen belagert.
Am 6. April 1961 stürzte der Turm des "Altschlosses" ein. 1964 wurde in Pottenbrunn ein privater Schlossverein gegründet, der nach dem Vorbild des Vischer-Stiches von 1672 das Schloss wieder aufbaute.
1969 wurden Szenen der 26 teiligen TV Produktion des ORF und ZDF "KURIER DER KAISERIN" mit Klaus Jürgen Wussow im Schloss bzw. im Schlossgarten gedreht.
1970 wurde von der Laienspielgruppe des Katholischen Bildungswerkes "DAS SPIEL VON POTTENBRUNN" von Emmy Feiks-Waldhäusl aufgeführt.

Von Juli 2000 - Juli 2008 veranstaltete der Verein "Theater & Show Szenario" im Schlosspark des Wasserschlosses Pottenbrunn das "Pottenbrunner Sommertheater" welches ein Fixpunkt des sommerlichen Kulturgeschehens in dieser Region war.
Im "Altschloss" war von 1970 bis vor wenigen Jahren ein mit 35.000 Figuren bestücktes Zinnfigurenmuseum eingerichtet, das inzwischen leider geschlossen wurde. Diese Zinnfigurenausstellung kann seit 4. September 2004 in der Museumshalle in Katzelsdorf an der Leitha wieder bewundert werden. Im "Altschloss" hat die "Lernwerkstatt", eine Privatschule mit Öffentlichkeitsrecht ihre Heimat gefunden.
Das "Neue Schloss" wurde in den letzten Jahren von der Fam. Trauttmansdorff, die diesen Teil des Schlosses auch bewohnt, großzügig generalsaniert. Dabei musste die Statik gesichert und der Hausschwamm bekämpft werden. Die Fassaden samt Fenstern und Freitreppen sowie die Dächer wurden erneuert. Im Osttrakt wurde eine schadhafte Decke ersetzt. Die Bilder im Stiegenhaus wurden restauriert. Die zum Schloss führende Brücke wurde ebenfalls in die Sanierung einbezogen.
Besichtigt kann das Schloss nur von außen werden.