Die Burg im Tal des Elzbaches (auch: Elz) wurde wahrscheinlich zu Beginn des 12. Jahrhunderts an einem Handelsweg zwischen dem Moselland und dem fruchtbaren Maifeld erbaut. Der Name Eltz wird erstmals 1157 in einer Schenkungsurkunde Friedrichs I. Barbarossa erwähnt, in der "Rudolphus de Elze" als Zeuge auftritt. Der spätromanische Bergfried Platt-Eltz und Reste des romanischen Wohnhauses sind heute noch erhalten. Die Burg wird auf drei Seiten von der Elz umflossen und ragt auf einem bis zu 70 Meter hohen, elliptischen Felskopf empor. Die Erbauer orientierten sich bei der Anlage an der Form der Felsformation. Dadurch entstanden die teilweise ungewöhnlichen Grundrisse der einzelnen Räume.

Zu einer ersten Stammesteilung der Herren von Eltz kam es noch vor 1268 unter den Brüdern Elias, Wilhelm und Theoderich, wobei die Burg und die dazugehörigen Güter unter den drei Brüdern aufgeteilt wurden:

- Eltz-Kempenich genannt Eltz vom goldenen Löwen

- Eltz-Rübenach genannt Eltz vom silbernen Löwen

- Eltz-Rodendorf genannt Eltz von den Büffelhörnern

Die Namen der Hauptlinien stammen jeweils von den angeheirateten Gattinnen, die jeweils von der Burg Kempenich, aus Rübenach und Rodendorf (heute Château-Rouge, Departement Moselle, Lothringen) stammen. Alle Familien verblieben danach auf der Burg in einer Ganerbengemeinschaft; die Burg Eltz war fortan eine Ganerbenburg, auf der die Teilbauten der Burg die Namen der Teillinien tragen. Durch den Ankauf des Anteils des Freiherrn von Eltz-Rübenach (silberner Löwe) gelangte die Stammburg 1815 in den Alleinbesitz der Hauptlinie der Grafen und Edlen von und zu Eltz, gen. Faust von Stromberg (Eltz-Kempenich; goldener Löwe).

In den Jahren 1331-1336 kam es zu den einzigen schweren kriegerischen Auseinandersetzungen, die die Burg erlebte. Während der "Eltzer Fehde" widersetzten sich die Eltzer Herren zusammen mit anderen freien Reichsrittern der Territorialpolitik des Erzbischofs und Kurfürsten Balduin von Trier. Zur Belagerung und einer möglichen Einnahme der Burg Eltz durch den Beschuss mit Katapulten ließ der Erzbischof des Bistums Trier auf einem Felsenvorsprung am Hang über der Burg die heute nur noch mit wenigen Ruinenmauern erhaltene Belagerungsburg Trutzeltz errichten. Jeglicher Burgzugang wurde vereitelt, so dass die Burg von allem Nachschub abgeschnitten war. Zwei Jahre konnten die Belagerten durchhalten, mussten dann aber aufgeben, als die Burgbesatzung von Hunger geschwächt war. Die freien Reichsritter mussten auf ihre Reichsfreiheit verzichten. Balduin ernannte Johann wieder zum Burggrafen, allerdings als seinen Untertanen und nicht mehr als freien Ritter.

Auf die Heirat von Hans Adolf zu Eltz mit Katharine von Brandscheid zu Rodendorf im Jahre 1563 geht der Name Eltz-Rodendorf zurück. Außerdem erwarb er durch die Heirat die Herrschaft Rodendorf im Lothringer Amt Busendorf (heute: Bouzonville). Zwischen 1490 und 1540 wurden auf der Burg Eltz die später so genannten Rodendorfer Häuser erbaut. Die Hoffront der Häuser öffnet sich mit einer auf drei Pfeilern ruhenden gewölbten Vorhalle. Neben ihr befindet sich ein in die Außenmauer eingelegtes Madonnenmosaik aus dem 19. Jahrhundert. 1604 bis 1661 wurden die Kempenicher Häuser errichtet. Durch ihre architektonische Komposition und ihr schön gegliedertes Fachwerk runden sie den malerischen Gesamteindruck des Innenhofes ab. Unter dem mächtigen Treppenturm wurde ein Brunnen erbaut, der der Wasserversorgung der gesamten Burg diente. In der Zeit von 1665 bis 1743 erreichten die Eltzer im Kurstaat Mainz ihren größten Einfluss. Der 1665 geborene Philipp Karl von Eltz trat 1686 in das deutsch-ungarische Kolleg in Rom ein. Nach dem Tod des Mainzer Kurfürsten wurde Philipp Karl zu dessen Nachfolger gewählt. Er war damit geistlicher Führer und mächtigster Kirchenfürst nördlich der Alpen.

Im Pfälzer Erbfolgekrieg von 1688 bis 1689 wurde ein Großteil der rheinischen Burgen zerstört. Da Hans Anton zu Eltz-Üttingen ein ranghoher Offizier im französischen Heer war, konnte er die Burg Eltz vor der Zerstörung bewahren. Graf Hugo Philipp zu Eltz wurde während der französischen Herrschaft am Rhein von 1794 bis 1815 als Emigrant behandelt. Seine Besitztümer am Rhein und in der Nähe von Trier wurden eingezogen. Die Burg Eltz und die dazugehörigen Güter waren der Kommandantur in Koblenz unterstellt. Als sich später herausstellte, dass Graf Hugo Philipp nicht emigriert, sondern in Mainz geblieben war, kam er 1797 wieder zur Nutznießung seiner Güter und Renten. Er wurde 1815 durch den Kauf des Rübenacher Hauses und des Grundbesitzes der Freiherren von Eltz-Rübenach alleiniger Besitzer der Burg.

Ein Brand, der am 20. September 1920 im Südteil des Kempenicher Hauses ausbrach und auf weitere Gebäudeteile übergriff, zog umfassende Renovierungen und Wiederherstellungen nach sich. Zerstört worden waren insbesondere der Kapellenbau und das darüber gelegene Archiv, die Ausstattung des Kempenicher Hauses und der zehn oberen Räume des Rodendorfer Hauses. 1930 fanden die Wiederherstellungs- (Haus Kempenich) und Wiederaufbauarbeiten (Kapelle und Haus Rodendorf) zunächst ihren Abschluss. Seit mehr als 800 Jahren befindet sich die Burg im Besitz der gleichnamigen Familie.