La historia de Schönbrunn y de sus edificaciones predecesores llegan hasta la edad media. La propiedad entera fue denominada „Katterburg“ desde los inicios del siglo XIV y fue parte del campo de dominio del monasterio Klosterneuburg. En los próximos siglos habían varios arrendatarios, entre ellos personas famosas como el alcalde de Viena Hermann Bayer en el año 1548, quien amplió las edificaciones y las hizo convertir en una mansión.

En el año 1569 cambió la propiedad a través de Maximiliano II a los Habsburgos. Según el contrato de compra pertenecían una casa, un molino, un establo, un jardín de esparcimiento y uno de frutales a la propiedad. Fue el fundamento para un domicilio representativo, así como para un jardín de esparcimiento y un jardín zoológico. El emperador, a quien le interesaban las ciencias naturales y quien se educó en la corte española, había comenzado ya unos años antes a criar caballos españoles. Esto contribuyó de modo determinante al establecimiento de la Escuela Española de Equitación de Viena en el año 1572. El emperador sucesivo Matteo usó la Katterburg para cazar. La leyenda dice que en unos de sus paseos de caza descubrió la Fuente Hermosa, la que de ahí adelante le da el nombre a la mansión: Schönbrunn (bella fuente).

Después de la muerte de Fernando II en el año 1637 la propiedad se convirtió a la sede de la viuda. Eleonora de Gonzaga, la viuda del emperador, era una amante del arte y aquí tenía una vida social viva. Hizo construir un palacete de esparcimiento en el año 1642, junto con eso se dió el cambio del nombre Katterburg al de Schönbrunn, el que se hizo constar en este año por primera vez. En el año 1683 la escuela ecuestre en el establo palaciego y el palacete de Schönbrunn, así como numerosos edificios de Viena fueron destruidos en el Segundo Sitio de Viena por el Imperio otomano. Después del triunfo contra los otomanos Leopoldo I decidió la construcción de un nuevo edificio representativo en Schönbrunn para el sucesor al trono José.

El arquitecto Juan Bernardo Fischer de Erlach, quien fue educado en Roma, diseñó en el año 1688 el así llamado „proyecto Schönbrunn I“ para el emperador, el cual en el año 1693 le ordenó concretar los planes para la construcción de un palacete de caza. A partir del año 1696 se construyó por partes encima de los cimientos del palacete destruído. Las obras en los flancos fueron suspendidas en el año 1701 debido a la guerra española de sucesión y a los problemas financieros relacionados. Después de la muerte inesperada de José cesaron las obras completamente.

De igual forma fue lenta la reconstrucción de la escuela equestre destruída. Solo entre los años 1729 y 1737 recibió un alojamiento adecuado con la construcción de la escuela equestre de invierno en el Palacio Imperial de Viena según los planes de José Emanuel Fischer de Erlach por orden de Carlos VI.

El palacio no terminado en Schönbrunn sirvió de residencia para la viuda del emperador, Guillermina Amalia. Hasta hoy se pueden ver los retratos de los caballos de pura sangre en el así llamado „Rösselzimmer“, que ella hizo colgar en este cuarto.

En el año 1728 el emperador Carlos VI adquirió la mansión completa, más fue a visitarla únicamente para la caza de faisánes. Luego le regaló Schönbrunn a su hija María Teresa, la que siempre había tenido un gran afecto para el palacio rodeado por los jardínes. Así empezó la época gloriosa para Schönbrunn. El palacio se convirtio en un centro para la vida áulica y política.

María Teresa celebró en el año 1742 la victoria contra sus adversarios en la toma del trono con el famoso carrusel de las damas en la escuela equestre de invierno. Esta escena fue retratada por Martín van Meytens y le dio nombre al cuarto de Schönbrunn, donde fue colocado su retrato desde el año 1858: „Karussellzimmer“. Bajo la influencia directa de la monarca joven y bajo la guía del arquitecto Nikolaus Pacassi se convirtió y amplió el palacete de caza Schönbrunn a un palacio de residencia.

Los primeros trabajos de construcción empezaron en el invierno del año 1742 y culminaron en un proyecto grande de reformas, que dieron la apariencia al palacio de hoy en día. En la primera etapa de reformas (1743 - 1749) Pacassi dirigió la ampliación de los cuartos de audiencia y de residencia en el ala oriental para la pareja imperial venidera. Los trabajos siguientes incluyeron la demolición de la escalera monumental central de Fischer en el lado del patio de honor, para crear un vestíbulo grande de paso en el primer piso del risalit central y en el piso de lujo de la parte superior la Galería Grande y Pequeña. Estas dos galerías en el centro del palacio brindaron suficiente espacio para festividades grandes; para fiestas de la familia en un ámbito más íntimo servía la Galería Pequeña. Estas primeras reformas no incluyeron ni la decoración abundante de molduras en yeso, ni los frescos en el cielo raso de los dos salónes de festejos. 

Otras reformas en estos tiempos fueron las arcadas de conexión a las alas laterales a lo largo del patio de honor. Estas alas se llamaron secciones de los caballeros („Kavaliertrakt“) por que servían de alojamiento para el personal superior del palacio. Colindantemente fueron erigidos dependencias amplias hacia Meidling (entre ellos la orangerie) y Hietzing. En fin Schönbrunn tenía que brindar alojamiento y abastecimiento para más de 1500 personas. Por deseo explícito de María Teresa fue construido un teatro palaciego en la sección norte del palacio, cuya inauguración se celebró en el año 1747. En el año 1749 Pacassi fue designado arquitecto palaciego para convalidar sus méritos.

Las obras de la segunda etapa (1752 - 1765) no se limitaron a la ampliación de las edificaciones y a los trabajos externos, también se concentraron en la decoración de los cuartos de representación. Después de la muerte repentina del emperador Francisco I Esteban en el año 1765, lo que fue un golpe fuerte para María Teresa, seguía un nuevo período de decoración. La emperatriz viuda hizo decorar varios cuartos en conmemoración a su esposo en el ala este del palacio y no escatimó en la decoración con costosos paneles barnizados de origen chino y frisos preciosos de madera, los que se conservaron hasta el día de hoy. En el primer piso María Teresa dejó decorar entre el año 1769 y el 1777 los así llamados cuartos „Bergi“ con pinturas de paisajes exóticos, donde habitaba durante los meses calientes de verano hasta su muerte.

Después de la muerte de María Teresa el palacio quedó deshabitado hasta que a los inicios del siglo XIX el emperador Francisco II/I lo volvió a utilizar como residencia de verano. En esta época Schönbrunn fue ocupado dos veces por Napoleon en los años 1805 y 1809, donde el emperador francés entre otros también habitaba los cuartos de conmemoración a Francisco I Esteban en el ala este. 

El 14 de octubre del año 1809 se firmaba en el palacio el contrato de Schönbrunn, el que marcaba con la derrota cerca de Wagram el fin de la guerra de independencia contra Napoleon. Una época había terminado.

Con ocasión del Congreso de Viena en los años 1814 y 1815, se veía claramente, que Schönbrunn nesecitaba urgentemente de una renovación. En el transcurso de estas obras Francisco II/I también hizó reformar las fachadas entre el año 1817 y 1819 según los planes del arquitecto palaciego Juan Aman, lo que trajo modificaciones cruciales. Aman quitó de la fachada la decoración opulenta de rococó de Pacassi y dejó el palacio en su aparencia actual con su ya típico “amarillo de Schönbrunn” con su forma sobria y reducida a pocos elementos de adorno.

Francisco José nació en el año 1830 en Schönbrunn. Cuando ascendió al trono en el año 1848, el palacio iba a vivir otra época gloriosa. El emperador joven escogió Schönbrunn como residencia preferida suya, donde pasó la mayoría de su vida. Se instaló en las habitaciones del ala occidental ubicadas hacia el patio de honor, donde vivió hasta su muerte el 21 de noviembre del año 1916. Mientras que los cuartos de representación quedaron casi iguales, las habitaciones privadas del emperador fueron redecoradas. El mobiliario con su esencia sencilla y más bien villana, que todavia esta existente, deja ver el carácter personal de Francisco José. Con ocasión del matrimonio inminente con Elisabeth, duquesa de Baviera, en el año 1854 se le preparó a la emperatriz futura un apartamento en el ala occidental hacia el jardín de cámara de Hietzing: varios cuartos, de los cuales el salón de la emperatriz constituyó el centro. De cara a la exposición mundial en el año 1873 en Viena, se realizaron a partir del año 1869 restauraciones amplias, considerando la decoración preexistente de origen rococó del siglo XVIII, que fue complementado y renovado en estilo neo-rococó como expresión del estilo imperial.

Las obras se extendieron hasta las dos galerías y las habitaciones en el ala oriental. En estos cuartos se engalanaron las paredes con tapicerías de la colección imperial o con damasco de piña rojo, así como se pueden ver hoy en día. En estos mismos trabajos se le quitó a la Galería Pequeña los estucos de falso mármol del siglo XVIII y se la aplicó una pintura de blanco pulido hasta que brillo con adornos opulentes de oro en forma de broches y de arreglos de trofeos y de armas.