Um 1074 wird mit dem Hochfreien Adalbert von Kilb der Ort erstmals erwähnt. Im 12. Jahrhundert kam die Herrschaft an Rudolf von Perg. Friedrich von Perg wurde 1191 vom Babenberger-Herzog Leopold V beerbt. Im 13. Jahrhundert nannte sich eine ritterliche Familie neuerlich nach Kilb. 1410 wird ein Ritter von "Sebeck" als Eigentümer genannt. 1460 verkaufte Jörg von Pottendorf seine Burg in Kilb an Bernhard von Tiernstein, der einen weitgehenden Neubau vornahm und diesen zehn Jahre später den Brüdern Rüdiger und Jörg von Starhemberg vermachte, den Wehrbau aber auch seinem Enkel Georg von Velderndorf versprach. Letzterer dürfte ihn erhalten haben, denn 1521 verkaufte Hans Velderndorfer die Veste an das Stift Göttweig.

Die Burg wurde mittlerweile Grünbühel genannt. 1534 kaufte er sie zurück, veräußerte sie aber 1549 endgültig an Jakob Gienger. Jakobs Sohn Nikolaus ließ den alten Wehrbau in ein bequemeres Renaissanceschloss umbauen. In der Folge wechselten die Eigentümer meist recht rasch. Um die Mitte des 17. Jahrhunderts gelangten die Freiherren Ruess von Ruessenstein in den Besitz des Schlosses. Lediglich die Freiherren und späteren Grafen Wickenburg besaßen Grünbühel ab 1720 für eine längere Zeit. 1830 ließ Karl Theodor Graf Wickenburg größere Baumaßnahmen durchführen, die dem Gebäude sein jetziges Aussehen gaben. 1845 gelangte das Schloss in rasch wechselnden bürgerlichen Besitz. Von 1969 bis 2004 gehörte es der Familie Friedel-Klarenberg. Seither ist Dr. Georg Graf Pachta-Reyhofen Schlossherr auf Grünbühel.

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