1339(暦応2/延元4)年、土岐頼重によって築城された可能性が高い。土岐氏が衰退してからは明智氏の所領になり、明智氏一族である妻木氏の居城となった。本丸,二の丸跡地に小さな神社が置かれている。石垣や曲輪,土塁などの遺構も整備されている。また、山麓の北側には妻木陣屋跡があり、2つとも岐阜県史跡に指定されている。
　1582(天正10)年の本能寺の変後の山崎の戦いでは当時の城主である妻木広忠は明智軍に属し、敗北したため自刃した。明智光秀の正室である妻木煕子は妻木広忠の娘である。その後は妻木頼忠が跡を継いだ。その頃、頼忠に森長可が従うよう使者を送ったが、頼忠は拒否し城の兵を集めて奮戦したが、やがて和議にもちこみ、長可に従うようになった。1584(天正12)年、小牧・長久手の戦いのでは頼忠は森長可の家臣として豊臣秀吉側についている。
　1600(慶長5)年の関ヶ原の戦いでは徳川家康側につき、頼忠はこの地域を守るよう命じられ、父である妻木貞徳、また岩崎城主である丹羽氏次と手を組み、岩村城主の田丸直昌と戦った。このほか、田丸領内で岩村城の支城となっていた明知城と小里城を攻撃し奪回することに成功し、それぞれに遠山利景,小里光親を帰城させた。攻略難落の岩村城は関ヶ原の戦いが東軍勝利に終わったことで城主田丸直昌も東軍に降り、岩村城を守備していた田丸主水も遠山利景に城を明け渡した。その戦功により1601(慶長6)年に頼忠は徳川家康から改めてこの地域を所領として与えられた。その頃にはこの城はほとんど使用されず、妻木氏は山麓にある居館に移っていた。その後、頼忠の子の妻木頼利、次いで頼利の子の妻木頼次が跡を継いだ。土岐郡内7500石の領主だったが、1658(万治元)年、跡継ぎなく頼次が死去すると、妻木氏は3代で廃絶し、妻木城も廃城となった。その後、頼次の弟の妻木幸広が妻木上郷500石にて妻木家を再興し、明治維新に至る。