Obwohl ein Gunteros de Rochsberg seit den 1190er Jahren mehrmals erwähnt wird, ist nicht sicher, ob die Burg bereits vor 1200 errichtet wurde. Ihre erste Erwähnung erfolgte 1195 in einer wettinischen Urkunde. Auch im frühen 13. Jahrhundert erscheint der Name der Herrschaft Rochsburg mehrmals in Urkunden.
1283 ist das Jahr der ersten Erwähnung der Burggrafen von Altenburg als wettinische Lehnsnehmer der Rochsburg. 1296 wird der offensichtlich bevorzugte Wohnort Dietrichs II. von Altenburg ausdrücklich "castrum Burggravii Rochsberg" genannt.
Durch Heirat kam die Anlage 1329 an Otto von Leisnig, dessen Nachfahr Albrecht II. sich durch Finanzsorgen dazu genötigt sah, die Herrschaft Rochsburg am 10. März 1448 an Heinrich, Herrn zu Gera, zu veräußern. Die Herren zu Gera verpfändeten ihre neuerworbene Grundherrschaft bereits vier Jahre später an Zschaslaw von Schönfeld für 1500 Schock Freiberger Groschen über eine Zeit von fünf Jahren. Da dieser sein Geld nicht zurückerhielt, wurde Rochsburg wettinisches Amt und Zschaslaw von Schönfeld sein Amtmann. Am 28. Oktober 1467 nahm der Graf von Hohnstein die Rochsburg im Handstreich. Was ihn dazu bewegt hatte, konnte bisher noch nicht ergründet werden. Zwei Jahre lang blieb er unbehelligt, ehe 1469 sächsisch-kurfürstliche Truppen die Abwesenheit des Grafen zur Rückeroberung nutzten.
Die Anlage ging 1470 gegen Zahlung von 4000 Gulden als Pfand an den politisch einflussreichen kurfürstlichen Ratgeber undOberhofmarschall Hugold IV. von Schleinitz (1435 - 1490), der ab 1470 umfangreiche, 12 Jahre währende Aus- und Umbaumaßnahmen zu einem Schloss einleitete. Diese Arbeiten betreute der Oberlandesbaumeister Arnold von Westfalen, einer der bedeutendsten Architekten seiner Zeit in Mitteleuropa. Doch allzu lange konnte sich Hugold IV. von Schleinitz nicht an der Rochsburg erfreuen. Nach langwierigen Verhandlungen vor dem Landesgericht erging 1488 der Beschluss, dass er das Schloss gegen Rückzahlung seiner 4000 Gulden Pfandsumme und weiteren 4000 Gulden als Entschädigung für die Baukosten an Herzog Albrecht von Sachsen zurückzugeben habe.
Wieder verwalteten Vögte das nunmehr herzogliche (albertinische) Amt Rochsburg. 1503 brannte die Rochsburg völlig aus, Unachtsamkeit in der Küche war die Ursache. Die Brüder Heinrich und Götz von Ende auf dem benachbarten Kriebstein nutzten die Gunst der Stunde und tauschten ihre Herrschaft Kriebstein gegen die Rochsburger Grundherrschaft ein.
Als kurfürstliche Truppen 1547 während des Schmalkaldischen Krieges das schwach besetzte Schloss plünderten und niederbrannten, verkaufte Heinrichs Sohn Wolf von Ende Schloss und Herrschaft Rochsburg für 60.000 Gulden an die drei Herren Georg, Hugo und Wolf II. von Schönburg, die damit ihre umfangreichen Besitzungen im oberen Tal der Zwickauer Mulde erweiterten. Diese bauten die ruinierte Anlage schon ein Jahr später nicht nur wieder auf, sondern gaben ihr mit den Zwerchhäusern und neuen Fenstergewänden das Aussehen, das heute noch die Anlage prägt. Auch die Schäden eines weiteren Brandes im Jahr 1582 behoben die Schönburger zügig; damals wurden fast alle hölzernen Decken in den Schiffskehlenformen erneuert, die noch heute zu sehen sind. 1574 entstand vor den Toren des Schlosses ein zweigeschossiges Lusthaus auf rundem Grundriss, das heute das letzte erhaltene Beispiel dieses Bautyps in Sachsen darstellt.
1637 wurde Christian Ernst von Schönburg durch Kauf alleiniger Besitzer der Rochsburg. Sein besonderes Augenmerk lag auf der Ausgestaltung der Gartenanlage des Schlosses.
Zunehmende finanzielle Schwierigkeiten bewogen den Besitzer 1911 dazu, einige Räume im Schloss als kleines Museum der Öffentlichkeit zugänglich zu machen. Außerdem wurde eine anfänglich rein katholische Jugendherberge in den Gebäuden eröffnet.
Die Rochsburg blieb bis 1945 im Besitz des 1700 in den Grafenstand erhobenen Geschlechts von Schönburg. In jenem Jahr wurde dieAdelsfamilie enteignet, und die Anlage kam an das Land Sachsen. Drei Jahre nach Ende des 2. Weltkriegs wurde das Museum auf erweiterter Grundfläche wieder eröffnet und zeigt seither Einrichtungsgegenstände aus dem 16. bis 19. Jahrhundert. Auch die Jugendherberge öffnete in jenem Jahr wieder ihre Pforten.
Im Jahr 1952 übernahm der damalige Landkreis Rochlitz die Rochsburg. Nachdem dieser 1992 im Landkreis Mittweida aufging, führt Mittweida die Nutzung weiter.
Von 1991 bis 1997 wohnte Joachim Graf von Schönburg-Glauchau auf der Rochsburg. Die Jugendherberge wurde 1998 geschlossen. Zurzeit wird das Museum im Schloss erweitert.
