Die erste Wasserburg dürfte bereits in der Zeit des Babenberger Markgrafen Adalbert um die Mitte des 11. Jahrhunderts in Holzbauweise errichtet worden sein. Sie wurde nach der Schlacht an der Fischa 1146 von den Ungarn zerstört. Herzog Heinrich II ließ sie um 1150 als Massivbau wieder errichten.

Um 1268 wird ein "Ritter Dietrich von Prunn" erwähnt. Die erste steinerne Wasserburg wurde 1291 in den Kämpfen Herzogs Albrecht gegen den österreichischen Adel und gegen den ungarischen König Andreas III zerstört. 1327 kauften die Brüder Ulrich und Gaitmar (Stuchse von Bruck) die Wasserburg. Das Geschlecht der Stüchse saß hier bis 1375 und nannte sich von Brunn. Sie errichteten den Wirtschaftshof als Vorburg.

Danach kamen die Pottendorfer. 1469 verkaufte Georg von Pottendorf, Burg und Herrschaft an den Pfleger von Rauhenstein, Rupert Kreutzer. Seine Tochter heiratete 1484 Gandolf von Kienburg. Ihre Nachkommen hielten Kottingbrunn über 100 Jahre lang. Im Krieg zwischen Kaiser Friedrich III und Matthias Corvinus dürfte Kottingbrunn verwüstet worden sein. Der Wiederaufbau war um 1508 beendet. Zur Zeit der Zweiten Türkenbelagerung Wiens 1683 wurde die Burg vollständig niedergebrannt, da sie von Franz Sigmund Graf Lamberg aufgegeben und nicht verteidigt wurde. Anschließend wurde sie als repräsentativer Herrensitz von Leopold Josef Graf Lamberg wieder aufgebaut, wobei sie ihr heutiges Aussehen erhielt. Er hatte die Brandruine 1688 von seinem Bruder Franz Sigmund erworben.

Vom 17. bis zum Ende des 19. Jahrhunderts wechselten die adeligen Eigentümerfamilien ziemlich rasch. Zu ihnen gehörten die Brandis (1637 - 1661), Lamberg (bis 1740), Colloredo (bis 1751), Dietrichstein (bis 1767), Batthyány-Strattmann (bis 1784), Bartenstein (mehrmals), Peter Ritter von Bohr (1819 - 1840), Bethlen (1869) und Rumerskirch (1877). 1894 erwarb der österreichische Jockey-Club das Schloss. In den Jahren der Wirtschaftskrise wurde das Schloss an Oskar Weiß verkauft. Er wurde 1938 enteignet, seine Erben erhielten aber 1957 das nach dem Krieg von der russischen USIA verwaltete und entsprechend ramponierte Gebäude wieder zurück.

Es wurde an mehrere Interessenten veräußert, wurde aber weiter vernachlässigt. Erst der letzte private Besitzer, Heinrich Jezek, begann nach 1981 mit ernsthaften Sanierungsarbeiten. 1991 erwarb die Gemeinde Kottingbrunn das Schloss. Nach seiner umfassenden Restaurierung, die 2001 abgeschlossen werden konnte, ist darin das Gemeindeamt, das Ortsmuseum sowie ein Restaurant untergebracht.

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