Auftraggeber für die Errichtung der Burg waren die Markgrafen von Steyr, die auch als steirische Ottokare bekannt sind. Die wohl um 1150 erfolgte Erbauung fand aber unter einem ihrer Ministerialen statt. 1170 wird ein Ortolf von Losenstein als Zeuge in einer Urkunde erwähnt.

Auf Grund der Georgenberger Handfeste von 1186 ging auch Losenstein sechs Jahre später von den Ottokaren an den Babenbergerherzog Leopold VI über. Die Burg wurde nun meist als landesfürstliches Lehen vergeben oder von Burggrafen verwaltet. Dietmar von Steyr nannte sich ab 1252 "von Losenstein". Die Losensteiner besaßen ihre Stammburg bis zu ihrem Aussterben im 17. Jahrhundert. Allerdings hatten sie ihren Wohnsitz bereits 1362 in das Schloss Losensteinleiten verlegt.

Die Burg Losenstein wurde danach nur mehr von Pflegern und Amtmännern bewohnt und gegen Ende des 15. Jahrhunderts völlig verlassen, was ihren baldigen Verfall zur Folge hatte. 1692 ging Losenstein an den Fürsten Franz Karl von Auersperg, dessen Vater Johann Weikhard Fürst Auersperg mit Maria Katharina von Losenstein verheiratet gewesen war. Um die Mitte des 18. Jahrhunderts lebte der Einsiedler Josef Franz Schmid in der Ruine. Sein liederlicher Lebenswandel führte aber dazu, dass er 1763 fortgejagt wurde. Im 19. Jahrhundert benutzten die umliegenden Bauern die noch vorhandenen Mauern als Steinbruch zum Bau ihrer Häuser. 1904 erwarb das Land Oberösterreich die Ruine von der Familie Auersperg. Nach 1969 wurde sie saniert und seither gepflegt.

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