Als Sitz der Adelslinie Hohenlohe-Neuenstein erbaut, beherbergt es heute ein Schlossmuseum und mit dem Hohenlohe-Zentralarchiv Neuenstein das vom Land Baden-Württemberg betreute gemeinsame Hausarchiv des Hauses Hohenlohe. Im 41 Meter langen und über zehn Meter breiten Rittersaal finden zudem regelmäßig Konzerte im Rahmen des Hohenloher Kultursommers statt.
Die Wurzeln des heutigen Schlosses sind in einer staufischen Wasserburg des frühen 13. Jahrhunderts zu suchen. Sie stand auf einer Sandbank in einem Sumpfgebiet nahe einer alten Fernhandelsstraße, die vomRhein über Wimpfen nach Osten zur Donau führte.
Um 1230 war die Anlage im Besitz der Herren von Stein, deren Nachfahren sich später „von Neuenstein“ nannten, und kam um 1300 an die Grafen von Hohenlohe, welche die Burg als Wohnsitz nutzten. Für den Bau und die Versorgung der Burg bzw. des Schlosses spielte die Eschelbacher Steige als Transportweg eine wichtige Rolle.
Nachdem die Anlage im 15. Jahrhundert schon erweitert worden war, ließ Graf Ludwig Casimir von Hohenlohe sie im 16. Jahrhundert von dem Heilbronner Baumeister Balthasar Wolff zu einem Schloss im Stil der Renaissance umgestalten. Der Ausbau dauerte bis zum Beginn des 17. Jahrhunderts.
Nachdem Wolfgang Julius von Hohenlohe 1698 verstorben war, verlegte die Familie ihre Residenz nach Öhringen. Schloss Neuenstein stand nachfolgend leer und verfiel zusehends. Später diente es als ein Zucht- und Arbeitshaus, als Altersheim sowie Waisenhaus.
Ab 1870 wurden Renovierungsarbeiten im Kaisersaal durchgeführt, um dort anschließend mit einer Antiquitätensammlung aus dem Schloss Kirchberg den Grundstock für ein Familienmuseum des Hauses Hohenlohe zu legen. Es war eines der ersten Privatmuseen Deutschlands[1] und ab 1878 der Öffentlichkeit zugänglich.
Fürst Christian Kraft zu Hohenlohe beauftragte zu Beginn des 20. Jahrhunderts den Architekten und Burgenforscher Bodo Ebhardt mit einer umfassenden Restaurierung des Schlosses. Die Arbeiten fanden in der Zeit von 1906 bis 1925 statt. In ihrem Zuge wurde die Anlage um ein Geschoss aufgestockt. Nach der Enteignung des schlesischen Wohnsitzes Schloss Sławięcice 1945 und den Verkäufen der Schlösser Kirchbergund Ingelfingen 1952 sowie Öhringen 1961 (sowie des Jagdschloss Friedrichsruhe 2005) ist das Schloss Neuenstein heute zugleich Museum und Wohnsitz des Besitzers, Kraft Fürst zu Hohenlohe-Oehringen (* 1933).