Nazwa zamku pojawiła się po raz pierwszy w dokumencie z 1146 roku, w którym wymieniony jest wolny szlachcic (Edelfrei) Helenger z Frankenstein. Przyjmuje się jednak, że początki zamku są wcześniejsze, ponieważ w różnych dokumentach wspomina się o wzniesieniu wieży obronnej około 1100 roku.
Wieża należała do pobliskiego opactwa Limburg, odpowiedzialnego za bezpieczeństwo na drodze do Speyer, Dürkheim i Worms. W 1205 r. klasztor zlecił to zadanie hrabiom Leiningen. Na początku XIII w. hrabiowie rozbudowali wieżę do zamku.
Od 1204 do 1231 r. dokumenty wymieniają rycerzy Marquarda, Friedricha i Helengera von Frankenstein jako zarządców zamku. Około 1390 roku zamek Frankenstein stał się wspólnym dziedzictwem, kiedy to opactwo Limburg zastawiło połowę zamku panom z Einselthum. Część tego zastawu została przejęta przez hrabiów Nassau-Saarbrücken i Leiningen-Hardenburg na początku XV wieku.
W drugiej połowie XV wieku zamek został uszkodzony podczas walk pomiędzy księciem-elektorem Fryderykiem I a hrabią Palatynem Ludwikiem I z Zweibrücken. Kolejne szkody zamek poniósł prawdopodobnie w 1512 roku, kiedy to hrabia Nassau zdobył go na rozkaz cesarza Maksymiliana I. Podczas niemieckiej wojny chłopskiej zamek został zniszczony i od 1560 roku uważany był za niezdatny do zamieszkania. Mimo to służył celom militarnym ze względu na swoje strategiczne położenie.
W wojnie trzydziestoletniej zamek zdobył hiszpański generał Ambrosio Spinola. W czasie wojny o sukcesję hiszpańską był on wykorzystywany do zakwaterowania wojsk francuskich. Potwierdzone jest, że wojska te jeszcze w 1703 roku używały kaplicy zamkowej do odprawiania mszy.
W 1706 roku Palatynat Elektorski wszedł w posiadanie części zamku Nassau-Saarbrücken.
Po włączeniu Palatynatu do Bawarii ruiny zamku zostały zabezpieczone w latach 1883-84. Kolejna modernizacja miała miejsce w latach 1938-39.
Dzisiaj zamek jest własnością kraju związkowego Nadrenia-Palatynat. W latach 70-tych i 80-tych XX wieku odrestaurowano niektóre części zamku i odkopano fundamenty nieznanego wcześniej muru tarczowego.