根據法國文獻記載，楓丹白露宮的歷史可追溯自12世紀的卡佩王朝，當時的君王路易六世因喜愛狩獵，於是在此修築了壹個城堡。1169年，路易七世在具父所建的城堡中增建了壹座禮拜堂，成為楓丹白露宮擴建的開端。1259年，路易九世繼續著前任帝王的擴建工作，還在此地為三壹教派的僧侶們修大修道院。自此開始，法國皇室便時常光臨楓丹白露宮，在附近的森林中狩獵。為了解決休息住宿問題，皇室在林中增建了許多度假小屋這為楓丹白露宮打造出了雛形。14世紀時，查理六世的王妃——伊莎菠積極修建楓丹白露宮，又增建了壹座有名的“橢圓形廣場”；1429年，伊莎菠的兒子查理七世因為得到聖女貞德的協助，在蘭姆斯人教堂正式加冕為法國皇帝。查理七世自幼與生母伊莎菠不合，所以對自己母親大力修建的楓丹白露宮壹直存有嫌隙之心，他幾乎不去那裏，任其荒蕪。路易十四即位後，沈寂多年的楓丹白露宮重新得到重視，並成為路易十四建設凡爾賽宮的範本，法國文藝復興風格建築聚集之地。當然這還要歸功於在此之前另壹位法國皇帝佛朗索瓦壹世對楓丹白露宮的大規模整建。佛朗索瓦壹世非常喜愛楓丹白露附近的森林，並且認為，要想彰顯自己作為帝王的權威，除了對外拓展軍事力量外，還要在國內建造豪華的宮殿以顯示國力的強大。另外，弗朗索瓦壹世遠征意大利時受文藝復興思想影響很深。回國後，他丹始大規模整修楓丹白露宮，以此作為其實現文藝復興風格建築巨作的開端。出生於巴黎的文藝復興派建築家布雷頓首先受到佛朗索瓦壹世的任命。他將楓丹白露宮殘余的中世紀建築全部加以整建。除了拆除舊有宮殿，興建行宮新建築外，布雷頓秉承傳統與當代風格相結合的理念，設計出新穎典雅的楓丹白露宮。
1531年，他還在宮殿中增建了壹條堪稱傑作的佛朗索瓦壹世回廊，並將原來壹處修道院舊址改建為兩層式樓房建築物，並添加了壹個環繞在這個建築物四周的白馬廣場。為了讓宮殿內景能與華麗典雅的外觀風格趨於壹致，1530年，他聘請了佛羅倫薩的知名畫家高凡尼?貝蒂斯塔?羅蘇負責宮殿內部裝潢。1532年，羅蘇又邀請了壹大批藝術家***同進行此工程，這批各有專長的藝術家以雕塑或壁畫繪畫的形式，為楓丹白露宮留下許多具有濃郁文藝復興風格的藝術極品。後來以這群藝術家為核心，發展出所謂的“第壹楓丹白露派”，為世界藝術史留下無數精彩之作。除了佛朗索瓦壹世之外，亨利四世也是楓丹白露宮建築歷史上值得提的重要人物。
這位1589年即位的國王為了整修楓丹白露宮，投入了龐大的修築經費，並聘請當時壹流的建築師與藝術家，為他的整修工程進行嚴整的規劃。整修之後的楓丹白露宮規模比以前更富麗堂皇、氣派非凡。整修工程中最重要的壹項工作是將橢圓形廣場的壹部分重整為今天的白馬廣場，再把佛朗索瓦壹世回廊設計為這兩座廣場的聯絡通道。幽靜雅致的黛安娜庭園建於回廊北邊，幾經戰亂仍保持著原貌的鯉魚池則建於回廊南邊的噴泉廣場內。另外，亨利四世還在橢圓形廣場緊鄰皇太子廣場的側面，添建了壹排廳室，作為行政辦公之處。至此，楓丹白露宮的規模與局基本成形。司佛朗索瓦壹世的做法壹樣，進行宮殿內部的裝潢施工時，亨利四世從法國各地聘請了許多著名的畫家及雕刻家前來創作。這些各有所長的藝術家們，讓宮殿內外氣勢變得更為宏大。
後來他們還形成了“第二楓丹白露派”。楓丹白露宮耀眼奪目的光彩持續了30多年，直到路易十四興建了凡爾賽宮，它才變為法國皇室的次要宮殿。亨利四世之後的法國皇室，沒有為楓丹白露宮添加更出色的建築。而在路易十六時期，則對楓丹白露宮進行了不恰當的修建，原有建築的整體性壹度被破壞。法國大革命時期，楓丹白露宮遭到壹定程度的損毀，宮殿中收藏的珍奇寶物、名貴家具全都被掠奪壹空。拿破侖即位後，在此地大興土木，楓丹白露宮才得以重現昔日光彩。拿破侖進行改建整修工程時表現出極為保守的作風，保留了楓丹白露宮外觀上的原始風格。拿破侖改建時增添的較為重要的建築包括改建自白馬廣場的閱兵場，皇後約瑟芬親自設計的英式庭園，還增建了俯瞰黛安娜庭園的回廊建築。此外，拿破侖為居住之便對亨利四世的起居間、會議室等廳室做了許多修改，以符合其個人所需。
1814年，拿破侖在“君王之屋”的書房裏簽下了退位書，也為其傳奇的壹生畫上了句號。隨著拿破侖的退位，楓丹白露宮終於在法國歷史舞臺上隱退了。雖然如此，這座活躍了600多年的宮殿，卻也因為其壯觀而多元化的建築風格以及數目巨大的無價藝術珍品，成為法國境內無可替代的，集文化、藝術與歷史價值於壹身的遺產重地。