美泉宫的历史和它的前身可以追溯到中世纪。14 世纪初开始，这个地区称为卡特尔堡 (Katterburg)，是克劳斯特诺伊堡 (Klosterneuburg) 的属地。在随后的几个世纪以来，大批农工在这片土地繁衍生息，其中也包括一些知名人士，如维也纳市长赫尔曼•拜耳 (Hermann Bayer)，他在 1548 开始扩建这一地区，并将办公地搬到了这里。

1569 年，马克西米利安二世 (Maximilian II.) 买下了这一地区，包括一座房子、一座磨坊、一间畜舍和一座休闲果园，就此这一地区就成为哈布斯堡的属地。至此，宫殿居所以及畜舍和动物园的雏形也已形成。这位对自然科学颇有兴趣并在西班牙宫殿长大的皇帝花费数年引进了西班牙种马，这对 1572 年皇家维也纳马术学校的建立起到了决定性的作用。之后的皇帝马蒂亚斯 (Matthias) 将卡特尔堡用于狩猎。传说 1612 年马蒂亚斯在一次狩猎中，在此处发现一汪美丽的泉水，此后“美泉”(Schönbrunn) 成为这一地区的名称。

1637 年斐迪南二世 (Ferdinands II.) 去世后，这一地区作为遗产由热爱艺术的皇后莉奥诺•冯•冈扎加 (Eleonore von Gonzaga) 继承，她在这里过着忙碌的社交生活。1642 年她决定建立一座夏季寝宫，并将这个地区也改名为“美泉” (Schönbrunn)，这一年是关于“美泉”的最早历史记载。1683 年，同许多维也纳老建筑的命运一样，位于马厩堡 (Stallburg) 的皇家骑术学校和美泉夏宫成为土耳其炮火攻势下的牺牲品，化为一片废墟。土耳其战争结束后，利奥波德一世 (Leopold I.) 决定为他的儿子也就是当时的皇储约瑟夫 (Joseph) 在美泉地区重新建造一座庄严的皇宫。

在罗马受训的建筑师约翰•伯恩哈德•菲舍尔•冯•埃拉赫 (Johann Bernhard Fischer von Erlach) 在 1688 年为皇帝设计了所谓的“美泉一期工程”，皇帝委以他至 1693 年建成一座狩猎行宫的具体计划；1696 年起，用被毁的建筑为基础的部分宫殿开始建造。宫殿侧翼的扩建却因为爆发于 1701 年的西班牙王位继承战和随之而来的财政困难搁浅，就连主要工程也随着约瑟夫的突然去世而完全停止。

类似的还有被毁的骑术学校，它的重建也被拖延，直到 1729 年至 1737 年，查理六世 (Karls VI.) 下令根据约瑟夫•伊曼纽尔•费舍尔•冯•埃拉赫 (Joseph Emanuel Fischer von Erlach) 的设计方案建立冬季骑术学校，重建工作才有了下文。

未完成的美泉宫作为遗产由威廉敏娜•阿玛莉 (Wilhelmine Amalie) 居住，那时她在其中的一个房间里装饰了众多名贵马匹的画像，今天仍可在所谓的“骏马厅”(Rösselzimmer) 看到。

1728 年查理六世买下整片土地，只为了狩猎野鸡。最后，他将美泉宫送给了一直很喜欢宫殿和周围花园美景的女儿玛利亚•特雷西亚。美泉开始了一个辉煌的时代，美泉宫也成为了宫廷和政治生活的中心。 1742 年，玛利亚•特雷西亚在位期间在战争中击败了对手，她在冬季骑术学校用著名的女士马戏表演来庆祝这次胜利，这个盛大的场面由马丁•范•梅腾思 (Martin van Meytens) 在画中永久记录下来，并在 1858 年对画作进行修复后，正式命名了美泉宫内的“马术厅” (Karussellzimmer)。在年轻女王的影响和著名建筑师尼古拉斯•帕卡西 (Nikolaus Pacassi) 的督导下，当年的狩猎皇宫被扩建成一座奢华的皇家寝宫。 

1742 冬天开始了第一次的重建工作，这逐渐演变成一个大型改造项目，改造完毕后的美泉宫，正是我们今天所见到的样貌。帕卡西 (Pacassi) 在第一阶段的重建中 (1743-1749) 进行了供未来皇室夫妇使用的东翼接见室和寝室的修建工作；接下来就要拆除由费舍尔设计荣耀大殿一侧的中央入口楼梯，以便建造一个大型的过境走廊，并在上面的诺贝尔厅也分别建造大小走廊。宫殿中心的两个走廊是为大型庆典预留的地方，私密的家庭聚会则使用小型走廊。第一次改造还包括宫殿华丽的粉饰和两个宴会大厅的天花板壁画装修。 

这一时期的重建工作也包括沿荣耀大殿方向建造连接宫殿侧翼的走廊，这一部分宫殿侧翼也被称作“骑士之翼” (Kavaliertrakte)，是高级宫廷工作人员的住处。作为这期工程收尾工作的则是以迈德灵 (Meidling) 方向（包括橙厅）和席津 (Hietzing) 方向广阔农场用地建造的。完工后，硕大的美泉宫可供超过 1500 人同时居住使用。玛利亚•特雷西亚授意在宫殿北侧建起了一座皇家剧院，并在 1747 年建成投入使用。为表彰帕卡西 (Pacassi) 的功劳，他在 1749 年被任命为皇家建筑师。 

第二阶段的重建 (1752-1765) 不再拘泥于扩建和外观装修，而是将重心放在了交际厅的装潢上。1765 年皇帝弗朗茨一世史蒂芬突然去世后，玛利亚•特雷西亚悲痛欲绝，于是开始了对宫殿新一轮的修缮工程。这位失去丈夫的女皇不计工本地下令在宫殿东翼建造了多个房间来纪念她的丈夫，这些房间被昂贵的中国漆木和价值连城的木镶板装饰，保留至今。1769 到 1777 年间玛利亚•特雷西亚下令建造了博格尔厅 (Berglzimmer)，这个房间装饰着极具异国风情的美丽风景画，她每年都在这里避暑，直至离世。 

玛利亚•特雷西亚 (Maria Theresias) 去世后，美泉宫就空置出来，直到十九世纪初弗朗茨一世和二世 (Franz II./I.) 再次将这里当做夏季寝宫。在此期间，拿破仑还曾在 1805 年和 1809 年两次攻陷美泉宫，这位法国皇帝甚至还居住在用于纪念弗朗茨一世史蒂芬 (Franz I. Stephans) 的位于东翼的房间里。 

在 1809 年 10 月 14 日，随着奥地利瓦格拉姆一役的失败，法奥在美泉宫签订了《申布伦条约》 (Vertrag von Schönbrunn)，标志着奥地利人民对抗拿破仑的自由战争结束。这个时代走到了尽头。 

在 1814 年和 1815 年维也纳会议时期，美泉宫需要紧急重建。在这项工程的过程中弗朗茨一世和二世 (Franz II./I.) 在 1817 到 1819 年间下令根据皇家建筑史约翰•阿曼 (Johann Aman) 的设计进行宫殿墙面装修，这使得美泉宫的外观发生了重大变化。阿曼 (Aman) 拆除了大批帕卡西 (Pacassis) 设计的洛可可式墙面装饰并粉饰上颇具代表性的“美泉黄”，没有过多华丽的装饰，风格朴实大方，这也就是现在美泉宫的外观。

弗朗茨•约瑟夫 (Franz Joseph) 于 1830 年出生在美泉宫。1848 年他登上了王位，这座宫殿迎来了它的另一个辉煌时代；年轻的皇帝视美泉宫为最喜欢的住所，并在这里度过了他生命中大部分时间。他居住于宫殿西侧靠近荣耀大殿的房间，直到他 1916 年 11 月 21 日去世为止都一直住在那里。虽然交际厅仍大致保持不变，但皇帝的私人房间却进行了翻修。现存的陈设仍彰显着弗朗茨•约瑟夫 (Franz Josephs) 朴实亲民的性格。1854 年，为了准备弗朗茨•约瑟夫与巴伐利亚女公爵伊丽莎白日益临近的婚礼，供未来皇后居住的寓所在宫殿西侧的私人花园 (Kammergarten) 对面建造起来。伊丽莎白的寓所由她的会客室以及围绕在周围的其他几个房间组成。为了临近的 1873 年维也纳世界博览会，1869 年起宫殿开始了大范围的重建工作，同时考虑到 18 世纪时的早期洛可可风格装潢，将其作为新洛可可风格的补充，重新塑造了帝国时期的形象。 

工程包括对两个走廊及东翼的房间的修缮。这些房间的墙上装饰着皇帝收藏的精美挂毯或红色锦缎，并保留至今。小走廊的整修也囊括在内，精细打磨过的白石代替了十八世纪中期的大理石，上面装饰着华丽的金色饰物如金属柱基、战利品和武器装备。