Das erste schriftliche Zeugnis über die Burg stammt aus dem Jahr 995. Darin ist die Rede von einer Vereinbarung zwischen dem Großadel der Romagna und den Vertretern des Erzbischofs von Ravenna.

Die Wehranlagen wurden im 12. Jh. auf Verlangen der damaligen Herrscherin Contessa Aldruda Frangipane erweitert. Einige Jahre lang befand sich die Burg im Besitz der römisch-deutschen Reiches, auch Friedrich I. Barbarossa hielt sich hier sechs Monate mit seinen Truppen auf. Nach dem Ende der Stauferherrschaft in Italien machten sich die mächtigen heimischen Adelsfamilien die Burg untereinander streitig. Im Jahr 1302 fand hier Dante Zuflucht.

Mitte des 15. Jh. war sie Hofresidenz von Domenico Novello Malatesta, der sie zu einem Schloss umbaute.

Im Jahr 1581 veranlasste Giovanni Andrea Caligari die Restaurierung der Burg und machte sie 1584 zum Bischofssitz, der sie bis 1969 bleiben sollte.

Caligari sind auch die Freskomalereien zu verdanken, die 1615 von Corradino Romano ausgeführt wurden.

Seit 1994 ist die Burg Sitz der Universitären Wohn- und Bildungsstätte von Bertinoro und seit 2010 auch des Interreligiösen Museums.