Gołuchów należał pierwotnie do rodu Toporczyków, od których w 1408 r. odkupił go Iwan z Karnina, protoplasta rodziny Wieniawitów Leszczyńskich. Data budowy zamku nie została jednak do końca wyjaśniona. Jedni badacze twierdzą, iż powstał on w 1560 r. z inicjatywy Rafała IV Leszczyńskiego, jednak istnieją wzmianki o istnieniu w Gołuchowie fortalicji już w 1444 r. Wiadomo jednak, że w latach 1600-1628 kanclerz wielki koronny Wacław Leszczyński przebudował siedzibę rodową. W XVIII i pierwszej połowie XIX w. zamek często zmieniał właścicieli, aż w 1853 r. kupił go Jan Działyński i w 1871 r. przekazał go swojej żonie – Izabeli z Czartoryskich Działyńskiej. Z jej polecenia warownia została gruntownie przebudowana w latach 1872-1885 i uzyskała wówczas obecny wygląd. Po śmierci Izabeli dobra gołuchowskie przeszły w ręce Witolda Czartoryskiego i ród ten był ich właścicielem do II Wojny Światowej, w czasie której okupanci rozgrabili zamek. W 1951 r. zabytek przejęło Muzeum Wielkopolskie w Poznaniu i w 1962 r. otwarto tu pierwszą ekzpozycję. W latach 1970-1976 przeprowadzono generalny remont zamku.