El nombre aparece por primera vez en un documento de 1146 que menciona al noble libre (Edelfrei) Helenger de Frankenstein. Sin embargo, se supone que el inicio del castillo es anterior, ya que en varios documentos se menciona la construcción de una torre defensiva en torno al año 1100.
La torre pertenecía a la cercana abadía de Limburgo, encargada de la seguridad en el camino hacia Speyer, Dürkheim y Worms. En 1205, el monasterio encargó esta tarea a los condes de Leiningen. Los condes hicieron ampliar la torre hasta convertirla en un castillo a principios del siglo XIII.
De 1204 a 1231, los documentos mencionan a los caballeros Marquard, Friedrich y Helenger von Frankenstein como administradores a cargo del castillo. Alrededor de 1390 el castillo de Frankenstein se convirtió en patrimonio común cuando la abadía de Limburgo prometió la mitad del castillo a los señores de Einselthum. Una parte de esta promesa fue asumida por los condes de Nassau-Saarbrücken y Leiningen-Hardenburg a principios del siglo XV.
En la segunda mitad del siglo XV el castillo sufrió daños en las luchas entre el príncipe elector Federico I y el conde palatino Luis I de Zweibrücken. El castillo sufrió más daños, presumiblemente en 1512, cuando el Conde de Nassau lo conquistó por orden del emperador Maximiliano I. Durante la Guerra de los Campesinos Alemanes el castillo fue destruido y se consideró inhabitable a partir de 1560. Sin embargo, sirvió para fines militares debido a su posición estratégica.
En la Guerra de los Treinta Años el general español Ambrosio Spínola capturó el castillo. En la Guerra de Sucesión Española se utilizó para alojar a las tropas francesas. Está confirmado que estas tropas todavía utilizaban la capilla del castillo para celebrar misa en 1703.
En 1706, el Palatinado Electoral tomó posesión de la parte del castillo correspondiente a Nassau-Saarbrücken.
Después de que el Palatinado pasara a formar parte de Baviera, las ruinas del castillo fueron aseguradas en 1883-84. En 1938-39 se realizó otra mejora.
Hoy en día el castillo es propiedad del estado de Renania-Palatinado. En las décadas de 1970 y 1980 se restauraron algunas partes del castillo y se desenterraron los cimientos de una muralla de escudos desconocida hasta entonces.