Het momenteel gerestaureerde kasteel van Nagoya werd gebouwd in 1609. Op de plaats waar het kasteel van Nagoya is gebouwd, staat echter sinds de Muromachi-periode een kasteel genaamd Nagono Castle, en dit wordt beschouwd als de voorloper van het kasteel van Nagoya. Hoewel het niet zeker is wanneer het kasteel werd gebouwd, wordt er gezegd dat het halverwege de 16e eeuw werd gebouwd door Imagawa Ujichika, de vader van Yoshimoto Imagawa. Daarna werd een man genaamd Ujitoyo Imagawa de heer van het kasteel van Nagoya, maar hij werd in 1532 uit het kasteel gedwongen vanwege een plan van Oda Nobuhide, de vader van Oda Nobunaga. Daarna kwam het kasteel in handen van Nobuhide Oda en werd het de basis van de Oda-clan. Er is ook een passage die zegt dat Oda Nobunaga in dit kasteel van Nagono werd geboren. Nobuhide Oda maakte de jonge Nobunaga tot heer van het kasteel van Nagono, en hij bouwde zelf het kasteel van Furuto in 1534 en verhuisde daarheen.
Oda Nobunaga, die zijn vader Nobuhide in 1555 opvolgde, vernietigde zijn familie, Oda Nobutomo, en verplaatste zijn basis naar Kiyosu Castle. Het kasteel van Nagono zou zijn bezocht door Nobunaga's oom, Nobumitsu Oda, en Nobunaga's senior vazal, Hidesada Hayashi, maar het werd uiteindelijk verlaten.
In 1609 gaf Tokugawa Ieyasu opdracht tot de verplaatsing van de hoofdstad van Kiyosu naar Nagoya, en gaf tegelijkertijd opdracht tot de bouw van het kasteel van Nagoya als residentie voor zijn negende zoon, Yoshinao Tokugawa. Deze Tokugawa Yoshinao werd de grondlegger van de familie Owari Tokugawa, een van de drie Tokugawa-families, oftewel het Owari-domein.
Vijf mensen, onder wie Tadayuki Takigawa en Masazane Sakuma, werden aangesteld als bouwmagistraten voor het egaliseren van het land en het bouwen van stenen muren voordat het kasteel werd gebouwd. Er staat vermeld dat de stenen muur van de kasteeltoren werd gebouwd door Kiyomasa Kato, die werkte als bouwassistent. Daarnaast worden ook Hirotaka Terasawa, Tadaoki Hosokawa, Takamasa Mori, Masatoshi Ikoma en Nagamasa Kuroda aangesteld als assistent-projectmanagers. Ze kerfden hun familiewapens en namen in de stenen die voor stenen muren werden gebruikt, en beheerden deze edelstenen. Zelfs nu zijn er nog steeds veel uitgehouwen stenen op de stenen muren van het kasteel van Nagoya.
Nadat de bouw van de stenen muur in slechts vier maanden was voltooid, werden negen mensen, waaronder Nagayasu Okubo en Seiichi Kobori, aangesteld als Sakakubugyo en begon de bouw. Masakiyo Nakai, die ook Nijo Castle bouwde, diende als hoofdtimmerman. De bouw van het kasteel begon in juni 1611 en er wordt gezegd dat de kasteeltoren op 21 november voltooid was.
Vanaf 1612, het jaar nadat de kasteeltoren voltooid was, begon de ‘Kiyosu-koshi’, waarbij heiligdommen, tempels en zelfs de kleine kasteeltoren van Kiyosu Castle werden verplaatst van Kiyosu naar Nagoya. In 1616 verhuisde Tokugawa Yoshinao naar het kasteel van Nagoya en de verplaatsing van Nagoya was voltooid. Daarna werd Nagoya Castle gebruikt als een plek voor shoguns om te stoppen en te overnachten op weg naar Kyoto.
In de Meiji-periode beëindigde het kasteel van Nagoya zijn rol als residentie van de feodale heer. Vervolgens kwam het onder de jurisdictie van het leger en dreigde te worden gesloopt. Omdat het echter een van de beroemdste kastelen van het land is, was er verzet tegen de sloop ervan, en na veel bochten werd besloten dat het permanent bewaard zou blijven. In 1893 (Meiji 26) werd het kasteel van Nagoya de keizerlijke villa van Nagoya onder de jurisdictie van de Imperial Household Agency. Toen het echter onder de jurisdictie van het leger viel, werden veel gebouwen, waaronder het Ninomaru-paleis, gesloopt om plaats te maken voor militaire faciliteiten. Als gevolg van de aardbeving in Nobi die plaatsvond in 1891 (Meiji 24), stortten bovendien de poorten van Honmaru Tamon Yagura en Nishinomaru Enokidamon in, en stortten ook enkele stenen muren in. Daarna werden de Enoki-poort en de stenen muur gerepareerd, maar de Honmaru Tamon Yagura werd verwijderd.
Nadat het de keizerlijke villa van Nagoya was geworden, werd het kasteel van Nagoya een verblijfplaats voor de keizerlijke familie, waaronder Zijne Majesteit de Keizer. Daarnaast zal de Hasuike-poort van het voormalige Edo-kasteel worden verplaatst ter vervanging van de Honmaru Tamon Yagura. In 1923 repareerde de Imperial Household Agency het torentje in de zuidwestelijke hoek dat was ingestort tijdens de aardbeving in Nobi. Daarom is het chrysantenembleem op de tegels van dit torentje gegraveerd.
Het symbool van het kasteel van Nagoya, de gouden shachi, werd in 1870 aan de Imperial Household Agency aangeboden door Yoshikatsu Tokugawa, de 14e heer van het Owari-domein en de eerste gouverneur van het Nagoya-domein. Het werd tentoongesteld op de Wereldtentoonstelling en de Wereldtentoonstelling in Wenen.
Als gevolg hiervan werd de populariteit van Nagoya Castle en Kin no Shachi plotseling wereldwijd. Daarna werd de shachi in 1879 teruggegeven aan de kasteeltoren van het kasteel van Nagoya.
In 1930 werd het kasteel van Nagoya door de Imperial Household Agency aan Nagoya City toegekend. Later, in overeenstemming met de National Treasure Preservation Law die in 1929 werd uitgevaardigd, werden 24 gebouwen op het terrein, waaronder de kasteeltoren en het Honmaru-paleis, de eerste kastelen die werden aangewezen als voormalige nationale schatten. Het kasteel van Nagoya werd in 1931 voor het publiek geopend en het kasteel werd een symbool van Nagoya, zowel in naam als in werkelijkheid.
Tijdens de Pacific War werden de kasteeltoren van Nagoya Castle en het Honmaru-paleis echter verwoest door luchtaanvallen in 1945 in het noordelijke deel van Nagoya City. Slechts zes gebouwen overleefden de brand: de zuidoostelijke hoektoren, de zuidwestelijke hoektoren, Honmaru Omote Ninomon, Ninomaru Higashi Ninomon, Ninomaru Ote Ninomon en de noordwestelijke hoektoren van Ofukai Maru.
In 1946 werden alleen de resterende delen van het kasteel heropend voor het publiek, maar de roep om de wederopbouw van het kasteel van Nagoya werd luider en in 1957 begon het werk aan de wederopbouw van de kasteeltoren. Het werd voltooid in 1959. Dit is de huidige toren van het kasteel van Nagoya.
Ook begon vanaf 2009 de restauratie van het Honmaru-paleis op basis van de overgebleven foto's. Honmaru Palace werd in 2013 en 2016 gefaseerd voor het publiek geopend en in 2018 volledig voor het publiek geopend.
Momenteel wordt gewerkt aan de kasteeltoren van weleer (houten restauratie).