Als erste Besitzer von Burgau sind die Herren von Puchheim bezeugt, die 1367 das landesfürstliche Lehen innehatten. Die Burg dürfte aber schon zu Beginn des 14. Jahrhunderts in der wasserreichen Au errichtet worden sein. Sie wurde bald zu einer der wichtigsten Grenzfesten der Oststeiermark. Beim Ungarneinfall von 1418 konnte sie erfolgreich Widerstand leisten.

1429 verkaufte Wilhelm von Puchheim die Feste seinen Verwandten Albrecht, Hans und Georg von Neuberg. Im Jahr darauf verlieh Kaiser Friedrich III die Herrschaft an Albrecht von Neuberg. Seine Familie hielt das Lehen bis 1460, das dann nach ihrem Aussterben bis 1565 bei den Polheimern blieb. Erhard von Polheim errichtete 1538 die große Vorburg. Er hatte schon zuvor Burgau als freies Eigen erhalten.

1564 musste die schwer verschuldete Herrschaft verpfändet werden. Ein Jahr später erbte sie Hans von Zelking, der sie aber umgehend an Mathias von Trauttmansdorf verkaufte. Seine Familie stellte bis 1753 die Burgherren. 1624 erhielt die Hauptburg durch einen großzügigen Ausbau ihre heutige Gestalt. 1753 kaufte Adam Graf Batthyány Burgau. 1778 wurde der hohe Mittelturm des Schlosses bei einem Unwetter schwer beschädigt und musste abgetragen werden. Der letzte adelige Besitzer war Ludwig Graf Batthyány, der 1848 führend an der ungarischen Revolution teilnahm, daraufhin wurden seine Güter eingezogen und zum Staatsbesitz erklärt.

1870 kam das Schloss in den Besitz der Marktgemeinde. Seit 2000 wird das Gebäude saniert und revitalisiert. Auch ein Teil des einstigen Wassergrabens wurde wiederhergestellt. Während im ehemaligen Wohnschloss das Gemeindeamt untergebracht ist und der Arkadenhof sowie der Festsaal kulturellen Veranstaltungen dienen, wurden in der Vorburg zahlreiche Wohneinheiten geschaffen.

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