A terület az ősidők óta lakott, a várhegy aljában őskori település nyomaira bukkantak. 1200 táján Anonymus említi először Diósgyőr nevét, igaz, ő még Győr formában: „miután Árpád fejedelem seregével elhagyta Szerencset (…) Bors apjának, Böngérnek adományozta a Tapolca vizétől a Sajó folyóig terjedő földet, amely területnek Miskolc a neve, valamint azt a várost, amelyet Győrnek hívnak.” Legrégebbi épülete, a vár helyén először a 12. században állhatott erődítmény, amelynek azonban a régészek eddig nem találták nyomát; feltehetőleg földvár volt, amely a tatárjárás idején elpusztult.

A jelenleg álló várat valószínűleg IV. Béla várépítési kezdeményezése után kezdték építeni; ekkor még ovális alaprajzú, egy kerek toronnyal (öregtorony) rendelkező épület volt, melyet sokszögű külső vár vett körül. 1316-ban Újvár néven említik, ez is arra utal, hogy korábbi földvár helyére épült. A várhoz tartozó falu egy 1330-as jegyzék alapján 12 garas adót fizetett, ami arra utal, a megye gazdagabb települései közé tartozott.

A diósgyőri vár fénykora I. Lajos király uralkodása alatt kezdődött. A vár főként azért tett szert jelentőségre, mert a Magyarországról Lengyelországba vezető út egyik állomása volt (Nagy Lajos édesanyja, Lokietek Erzsébet lengyel hercegnő volt; maga Nagy Lajos 1370-ben lengyel király lett). A király egyik székhelyévé tette Diósgyőrt és átépíttette, korszerűsítette a várat. Sokszorosan tagolt védelmi gyűrűk vették körül a tulajdonképpeni várat, mely négyszögletes udvar köré épült, négy sarkán egy-egy csúcsos tetejű torony magasodott. A földszinti helyiségek gazdasági, tárolási célokat szolgáltak, az emeleten a lakosztályok voltak, valamint a 13×25 méter területű lovagterem, mely három oszloppal alátámasztott, kéthajós csarnok volt (ennek építését már Nagy Lajos lánya, Mária uralkodása alatt fejezték be, aki akkor a vár birtokosa volt). A várat négy méter mély várárok vette körül, vizét melegvizű források táplálták. A vár egyetlen név szerint ismert építőmestere Ambrus mester.

1364-ben Miskolc városát és környékét a diósgyőri uradalomhoz csatolták. 1381-ben a diósgyőri várban írták alá a torinói békét, amelyben Velence városa kötelezte magát, hogy vasárnap és ünnepnapokon felvonja az Anjou-lobogót a Szent Márk téren. Az eseményt panoptikum örökíti meg a diósgyőri vár északkeleti tornyában.

A magyar–lengyel perszonálunió megszűntével Diósgyőr vesztett jelentőségéből, innentől kezdve magyar királynék nyaralóhelye volt. Habsburg Mária, II. Lajos felesége, az utolsó királyné, aki itt élt, 1546-ban írásban lemondott a várról, amelyet addigra már elfoglalt az erdélyi fejedelem. A török veszély közeledtével a vár északi oldalát megerősítették. 1526-tól a vár nem volt többé királyi tulajdon, 1536-ban a Gyarmati Balassa család tulajdonába került. A család az addigi várpalotát erőddé alakította át, az északnyugati torony elé olasz mintára rondella épült. A karcsú tornyok helyére zömök bástyák kerültek. Ez volt az utolsó nagy átépítés a vár történetében. 1564-től tulajdonosok egész sora követte egymást, a vár pusztulásnak indult. 1596-tól, mikor a török elfoglalja Egert és Mezőkeresztes mellett legyőzi a keresztény seregeket, Diósgyőr ura az egri pasa egészen az 1687-es felszabadulásig. A 17. század végére a vár minden hadászati értékét elvesztette.