Eine mittelalterliche Wasserburg, die im 16. Jahrhundert ausgebaut wurde und 1657 nach Kriegszerstörungen abgerissen wurde, bildet den Startpunkt der Entwicklung des Poppelsdorfer Schlosses und seiner Gartenanlagen.

An Stelle der Wasserburg wurde nach Vorstellungen des Kurfürsten Josef-Clemens ein Lustschloss errichtet, das sich in seiner axialen Ausrichtung auf die städtische Residenz des Fürsten bezog. Diese wird heute als Hauptgebäude der Universität genutzt. Verbunden sind beide Bauten durch die Poppelsdorfer Allee. Das Schloss wurde nach Plänen des Pariser Hofarchitekten Robert de Cotte von 1715 bis 1723 erbaut und in einer zweiten Bauphase von 1744 bis 1753 durch Balthasar Neumann vollendet.

Die Vierflügelanlage ist auf einem quadratischen Grundriss errichtet. Eine nach innen orientierte Arkadengallerie umschließt den runden Innenhof. Diese Grundrissform eines Quadrates mit einem einbeschriebenen Kreis ist für barocke Bauten in Deutschland einmalig. Die vier Flügelbauten wurden durch einen leicht überhöhten Mittelpavillon akzentuiert.

Im 19. und 20. Jahrhundert wurde der Bau mit neuen Dächern versehen, wobei die Zwischentrakte und Eckbauten mit Mansarddächern gedeckt wurden, und die Mittelpavillons mit einer geschweiften Haube versehen wurden.

1818 wurde das Schloss der Universität für das Botanische Institut überlassen. Hiernach wurde auch der Schlossgarten als botanischer Garten völlig umgestaltet. Heute ist dort das Institut für Mineralogie-Petrologie, das Mineralogische Museum und das Institut für Zoologie untergebracht.

Im Rahmen einer umfassenden denkmalgerechten Sanierung wurde das historische Gebäude von hks architekten BDA bis 2023 instand gesetzt, um sowohl seine bauliche Substanz zu sichern als auch den heutigen bau- und nutzungsbedingten Anforderungen gerecht zu werden.

Kernmaßnahmen waren die Restaurierung der stark geschädigten barocken Dachkonstruktion unter Verwendung traditioneller Techniken und Materialien, die Sanierung von rund 6.000 m² Fassadenfläche inkl. Natursteinarbeiten sowie die Erneuerung von circa 4.800 m² Schieferdeckung. Weitere Leistungen umfassten u.a. die Instandsetzung historischer Fenster- und Türanlagen, Geländer, Leuchten sowie Brandschutz- und Betonsanierungen.

Alle Maßnahmen wurden in enger Abstimmung mit dem Denkmalschutz sowie im laufenden Betrieb koordiniert.