Die ausgedehnte Anlage umfasst Bauteile aus dem 14. bis zum 18. Jahrhundert, die sich um drei Höfe gruppieren: den Vorhof im Norden, über den man die Schlossanlage betritt, das Höfchen als Kern der Anlage und den Kutschenhof im Süden.

Ersterwähnung von Birstein 1279 als fuldisches Lehen der Herren von Trimberg. 1335 befindet sich die Burg teilweise, ab 1457 vollständig im Besitz der grafen von Isenburg, 1517 wird Birstein zur ständigen Residenz der Grafen von Isenburg , die 1744 in den Fürstenstand erhoben wurden. Die mittelalterliche Burg wurde im 16. Jahrhundert zu einem Renaissanceschloss umgebaut, das mit seiner bewegten Dachlandschaft aus den damals beliebten gereihten Zwerchhäusern weithin die Landschaft dominierte. Mächtige Befestigungsanlagen und Bollwerke umgaben das Schloss.

Der Dreißigjährige Krieg unterbrach die Bautätigkeit, nach dem Krieg mussten die Kriegsschäden beseitigt werden. Im 18. Jahrhundert begann der Umbau des Renaissanceschlosses zu einer modernen barocken Anlage. Nach Erneuerung des Kanzleibaus im Vorhof 1733 und Errichtung eines Wachthauses (heute Rentkammer) 1745-47 durch den hanauischen Baudirektor Christian Ludwig Hermann musste der Umbau aufgrund der schlechten finanziellen Lage des Fürstentums für lange Zeit unterbrochen werden. Nach den schwierigen Zeiten des Siebenjährigen Krieges konnte 1764 die Neugestaltung des Schlosses weiter ausgeführt werden. Die Planung und Bauaufsicht übernahm der nassau - usingische Hofbaumeister Johann Wilhelm Faber, ein Schüler Johann Friedrich Stengels. Im ersten Jahr standen 7000 Gulden aus den fürstlichen Kammeraleinnahmen für den Bau zur Verfügung, hiervon wurden 1764 sowohl der Renaissancebau als auch das nördlich davor liegende Bollwerk abgebrochen und somit Platz für den Bau des Neuen Schlosses geschaffen. Am 2. Mai 1765 wurde der Grundstein für das neue Schloss gelegt, das den gestiegenen Ansprüchen an den Wohnkomfort Rechnung tragen sollte. Bis 1774 wurden rund 71 000 Gulden für den Bau mitsamt Innenausstattung ausgegeben. Da der Hofbaumeister Faber sich mit den heimischen Zimmermeistern überworfen hatte , rief er den Usinger Zimmermeister Georg Friedrich Wolff nach Birstein, der im neuen Schloss eine freitragendene Steintreppe in Zimmermannstechnik wie eine Holztreppe mit Wangen und eingezapften Stufen baute. Die weit überspannte Deckenkonstruktion im großen Festsaal breitete Wolff größere Schwierigkeiten, da sie sich senkte und der neue Stuck beschädigt wurde. Er verließ die Baustelle und konnte erst durch Vermittlung der Nassauischen Regierung zu Regressansprüchen herangezogen werden. Der Außenbau wurde wohl nie ganz fertiggestellt, wie Karl Diehlmann in seiner Untersuchung 1958 feststellte. Von geringen Ergänzungen Ende des 19. Jahrhunderts abgesehen blieb das Schloss in dieser Form bis heute erhalten. Der Vorhof mit Springbrunnen wird an drei Seiten gerahmt von zweigeschossigen Bauten, an der Nordseite von dem 1733 errichteten Kanzlei- oder Archivbau mit Toreinfahrt, die Seitenflügel mit dem sog. Archivturm an der Nordöstlichen Giebelseite im Park wurden noch Ende des 16. Jahrhunderts von Hans Eckel erbaut. Im Osten verbindet eine elegant geschwungene barocke Treppenanlage den Vorhof mit dem Park. Im Süden schließt das 1765-68 erbaute "Neue Schloss" den Vorhof ab, ein dreigeschossiger Putzbau mit Arkaden im Erdgeschoss, überhöhtem Mittelrisalit mit Dreiecksgiebel (die Wappenkartusche von 1911) und Mansarddach mit zweifach gestufter Laterne.

Rückseitig an das Neue Schloss grenzt die Kernburg, die das sog. Höfchen umschließt und bis in das Mittelalter zurückreicht. Die ältesten Bauteile sind:

- der Westflügel, sog. Küchenbau, 13. / 14. Jahrhundert, 1549-61 durch den Baumeister Asmus aus Steinau umgebaut, (gekuppelte Fenster mit Kielbögen)

- der mittelalterliche Bergfried, der in die Rückfront des Neuen Schlosses integriert wurde, Aufsatz von 1551, Dach um 1600

- der zweigeschossige Fürstenbau von 1527, mit Treppenturm von 1549 und Mansarddach aus dem 18. Jahrhundert, Fensterprofile und Renaissanceportal 1596 von Hans Eckel, an der Südseite Erker von 1527 bzw. 1549.

- Kapellenbau von 1555, Obergeschoss und Dach um 1770,

- quadratischer Treppenanbau 1596 von Hans Eckel, im Innern Chorbogen und schönes Erkergewölbe, Mitte 16. Jahrhundert

Südlich des Kapellenbaus der Kutschenhof, umschlossen vom Kutschenbau von 1553-91 und einem schmalem Trakt um 1570. In den Außenmauern der Bauten zahlreiche Wappentafeln des 17. Jahrhunderts aus dem Wasserschloss Rückingen. An der Rückseite des Kapellenbaues kleines Brunnenhaus.

Künstlerisch bedeutsam ist die 1768-70 entstandene Ausstattung des Neuen Schlosses: im Erdgeschoss der Grüne Rokokosaal mit Stukkaturen unter Kasseler Einfluss und einem Kabinett mit Landschaftsbildern von Christian Georg Schütz. Der Festsaal, der sog. "Weisse Saal" im Obergeschoss mit Stukkaturen und Staffagemalerei. Weißer Saal und der Grüne Salon mit Stuckdecke und einem Fayenceofen aus Schloss Orth in Traunsee.

Die Wälle und Bollwerke der Anlage wurden im 19. Jahrhundert größtenteils abgetragen. Der Schlossberg wurde zu einem englischen Landschaftsgarten umgestaltet.

Die südöstlich in der Ebene angrenzenden Ländereien mit drei, durch Stauung des Reichenbachs enstandenen Fischteichen, gehen nahtlos in den Birsteiner Forst über.