Pierwsza budowla powstała prawdopodobnie w 1249, gdy Przemysł I na wzgórzu nazwanym wówczas górą zamkową (mons castrenis), a obecnie Wzgórzem Przemysła (bądź Przemysława) wzniósł ceglaną wieżę mieszkalną ze znajdującą się wewnątrz ocembrowaną studnią, resztę wzgórza otoczył natomiast wałem z częstokołem. Niewielka rezydencja książęca została w pierwszej połowie XIII wieku włączona w system murów lokowanego w 1253 lewobrzeżnego Poznania.

Syn Przemysła I, Przemysł II, mając nadzieję na zjednoczenie pod swoim panowaniem ziem Polski, rozpoczął budowę nowego zamku, który miał się stać jego siedzibą. W 1295 Przemysł zostaje koronowany na króla Polski, niestety już rok później, w 1296, król został zamordowany, a rozbudowa zamku niedokończona. Prace kontynuowali władający Wielkopolską Piastowie głogowsko-żagańscy, a ukończył ją przed rokiem 1337 Kazimierz III Wielki, któremu, gdy sprawował urząd namiestnika wielkopolskiego, zamek służył jako siedziba.

Stanowił on wówczas największą świecką budowlę w królestwie, wzorowaną na palatium Henryka Brodatego w Legnicy, które powstało w XIII wieku. Składała się nań wieża wzniesiona przez Przemysła I oraz olbrzymi, trójkondygnacyjny, podpiwniczony budynek o długości 63 m i szerokości 17,5 m. Być może już wówczas przykryty był poprzecznie ustawionym, poczwórnym dachem spadzistym (niestety ikonografia jest bardzo uboga i znany jest jedynie jeden wizerunek zamku z lat świetności, będący fragmentem panoramy Poznania). Piwnice służyły jako więzienie oraz do przechowywania win, na parterze zaś znajdowały się pomieszczenia gospodarcze. Te dwie kondygnacje posiadały sklepienia, górne kondygnacje prawdopodobnie miały natomiast drewniane stropy. Skrajne pomieszczenia pierwszego piętra pełniły funkcje reprezentacyjne, zaś między nimi znajdowały się komnaty mieszkalne. Drugie piętro stanowiła ogromna sala mogąca pomieścić około 2000 gości. Od południa dobudowano wieżę obronną, wysuniętą poza obręb murów zamku i miasta. Od czasów Władysława Łokietka budowla stanowiła stałą siedzibę starostów generalnych Wielkopolski. W 1434 Władysław II Jagiełło zlecił przebudowę wieży. Podczas pożaru miasta w 1536 spłonął także zamek.

Z ruiny podniósł go ówczesny starosta generalny Andrzej II Górka, nadając mu charakter renesansowy. Zachowano wówczas gotycką trójkondygnacyjną bryłę, dodając loggię arkadową od strony dziedzińca, obniżono jednak wieżę. Z czasem w najstarszej wieży powstała kuchnia zamkowa, korzystająca ze wspomnianej studni. Zamek został zniszczony podczas potopu szwedzkiego, a następnie w 1704 przez wojska rosyjskie i saskie podczas wojny północnej, jednak szturmem zamek zdobyli dopiero w 1716 konfederaci tarnogrodcy. Będący w ruinie zamek został częściowo odbudowany w 1721, jednak nie powstrzymało to dalszej dewastacji. Ostatni starosta generalny wielkopolski, Kazimierz Raczyński, wzniósł na pozostałościach murów z XIII i XIV wieku budynek archiwum (ukończony w 1783). Po II rozbiorze Prusacy rozebrali w 1795 ruiny południowej części zamku, zniszczonej w 1704, budując na ich fundamentach dwukondygnacyjną oficynę, która wraz z istniejącym archiwum stanowiła siedzibę rejencji. Rok później rozebrano dawną Kuchnię Królewską, wznosząc na zasypanych piwnicach nowy gmach. Później w dawnym Zamku znalazł się również sąd apelacyjny i archiwum państwowe. Ta ostatnia funkcja zamku trwała aż do 1939 roku. Podczas walk o poznańską cytadelę, w lutym 1945, Wzgórze Przemysła znalazło się w polu ostrzału artylerii i zamek ostatecznie legł w gruzach.

W 1949 Zbigniew Zieliński przygotował projekt odbudowy Zamku w formie z XVI w., jednak ze względu na decyzję Generalnego Konserwatora Zabytków Jana Zachwatowicza o konieczności odbudowy części Raczyńskiego, plan ten nie został zrealizowany. W latach 1959–1964 odbudowano gmach wzniesiony przez Raczyńskiego i przebudowano pruski gmach wzniesiony na fundamentach „Kuchni Królewskiej” – domniemanej wieży mieszkalnej. W pierwszym budynku mieści się dziś Muzeum Sztuk Użytkowych, a „Kuchnię” zajmują pracownie muzealne. W dniu 22 kwietnia 2002 powstał Komitet Odbudowy Zamku Królewskiego w Poznaniu, mający na celu przywrócenie mu dawnej świetności. Z dawnego zamku pozostały do dziś nienaruszone fundamenty z XIII i XIV wieku, o grubości ok. 2 m, ściany działowe najniższej kondygnacji, zachodnia ściana (do ok. 10 m wysokości) z tego samego okresu, oraz pochodząca z XIV wieku ściana wschodnia o wysokości 7 m do 8 m, włączona w „Budynek Raczyńskiego”. Na budynku znajdują się trzy pamiątkowe tablice. Najstarsza z 1783 będąca tablicą fundacyjną Kazimierza Raczyńskiego, oraz dwie z 1993 i 1995, upamiętniające 500-lecie hołdu złożonego przez Wielkiego Mistrza Krzyżackiego – Hansa von Tieffena, oraz 700-lecie koronacji Przemysła II.