文明年間(1469年～87年)に木村安信によって築かれたとされる。足助七城の一つに数えられる。安信が没すると、嫡男の木村信元が城主となったが、1574(天正2)年、武田氏によって攻められ落城する。翌1575(天正3)年、大給松平乗正の2男･近清が木村信元の養子となって大沼城主となった。近清が没すると嫡男･近正が家督を継いだが、1590(天正18)年の徳川家康関東移封に従い、上野国三ノ倉に五千石で移り、大沼城は廃城となった。
　 本丸は南西にやや張り出した部分で周囲に帯曲輪があり、西の帯曲輪は北端に土塁が付く。ここから南の登城路沿いに二の丸，三の丸がある。西の谷筋にかつて城内に水を引いていたという水場がある。主郭の北東鞍部が堀切になっているが、この上には｢お犬さま｣を祀った祠があり、ここも曲輪となっている。｢お犬さま｣とは、明治時代に連続した不審火を治めるため美濃串原村の｢お犬さま｣を勧請して祀ったものである。
　近くの代官屋敷には大沼城主供養塔が残されている。また、大沼城の西側にある洞樹院は城主の菩提寺であり、木村父子,松平近清が葬られている。