Slottet ligger vid Karlbergssjön i Solna på gränsen till Stockholm. På medeltiden fanns här tre byar som hette Ösby, Bolstomta och Lundby. Bolstomta nämns första gången 1282 då Magnus Ladulås gav en borgare mark där. Det var av dessa tre byar som riksamiral Karl Karlsson Gyllenhielm på 1620-talet bildade ett säteri som så småningom kom att bli Karlbergs slott, döpt efter honom själv.
Karl Karlsson Gyllenhielm (1574-1650)var en s.k. oäkta son till Karl IX och prästdottern Karin Nilsdotter, och således en, 20 år äldre, halvbror till Gustav II Adolf.
Även om han var ett utomäktenskapligt barn så tillhörde han den kungliga familjen. Han studerade och fick militär utbildning hos Henry IV i Frankrike och när han kom hem därifrån blev han krigsöverste i Livland. I slaget vid Wolmar 1601 hamnade han i fångenskap hos sin egen kusin, den polske kungen Sigismund, som därefter höll honom inspärrad i 12 år. I december 1613 släpptes han fri och då hade han de sista åren suttit fastkedjad med bojor. Väl ute befordrades han av sin halvbror Gustav Adolf, som då varit kung i två år, till både fältmarskalk, riksråd, generalguvernör över Ingermanland samt riksamiral. Fängelseåren satte emellertid djupa spår i Gyllenhielm och han förvarade sina bojor i en källare på Karlberg och efter hans död hängdes de upp i hans gravkor i Strängnäs domkyrka.
Gyllenhielm skall ha varit en rättfärdig och omtänksam man samt en god husbonde för sina underordnade. Som exempel kan anges att han på sitt gods Sundbyholm i Södermanland anlade landets första folkskola år 1629.
Han dog på Karlberg i mars 1650, varefter slottet stod obebott i flera år eftersom hans hustru, Kristina Ribbing, föredrog att bo på Sundbyholm istället.
Ibland lånades eller hyrdes Karlberg ut som festlokal till medlemmar ur högadeln.
När Kristina Ribbing dog barnlös sex år efter sin man inleddes ett mycket långvarigt arvsskifte. 1664 blev det tal om att Kronan skulle köpa godset åt änkedrottning Hedvig Eleonora, men det blev istället Magnus Gabriel De la Gardie som 1669 köpte Karlberg. Han hade då sålt sitt Jakobsdal, idag Ulriksdal, till änkedrottningen.
Under den korta tid som De la Gardie ägde Karlberg hann han göra en hel del på slottet. Med hjälp av arkitekten Jean de la Vallée byggde han 1670-1679 om slottet i tidens smakriktning. En hög terrass som var omsluten av nya flyglar byggdes åt sjösidan till och flyglarna åt parken förlängdes. De sistnämnda fick även vinkelbyggda paviljonger som på så sätt kom att inhägna en borggård. Slottet fick därmed en H-formig planritning. Invändigt utförde den italienska stuckatören Carlo Carove ett praktfullt stucktak i paradrummet som ännu finns bevarat.
Magnus förlorade i stort sett allt han ägde genom reduktionen. I slutet av 1670-talet tänkte han sälja Karlberg till Kronan, men Karl XI var inte intresserad av att köpa. Istället blev det kungagunstlingen Johan Gabriel Stenbock som genom Svea hovrätts dom kom över slottet eftersom De la Gardie stod i skuld till honom. 1683 fick Stenbock tillgång till det nyligen färdigombyggda och moderna slottet.
Redan fem år senare gjorde Stenbock ett avtal med Karl XI, som nu plötsligt blivit intresserad, och 1688 övertog denne slottet. Kungafamiljen vistades mycket på Karlberg och Karl (XII) växte i stort sett upp där. Han brukade bland annat jaga varg i Solnaskogarna. När man började bygga om Tre Kronor i början av 1690-talet blev Karlberg kungafamiljens permanenta bostad.
Karls mor, Ulrika Eleonora d.ä. startade i slutet av 1680-talet en skola för ett 30-tal barnhusflickor som arbetade med att väva gobelänger. Hon hade rykte om sig att hjälpa de fattiga, och efter hennes död 1693 övertog kungen själv tillsynen av barnhemmet för att hedra hennes minne.
Karlberg under 1700-talet
Efter att Tre Kronor brunnit ned 1697 bodde den kungliga familjen på Karlbergs slott i 57 år, ända tills nya slottet stod färdigt 1754 och de kunde flytta dit.
Efter att Karl XII blivit skjuten i Norge i november 1718 fördes hans kista till Karlberg dit den kom i början av januari 1719. Där stod den sedan i väntan på gravsättningen i Riddarholmskyrkan den 26 februari.
Under Fredrik I:s tid (1720-1751) byggdes ett nytt stall och vagnshus som båda ritades av arkitekten Carl Hårleman.
Efter att kronprins Gustav (III) 1766 gift sig med den danska prinsessan Sofia Magdalena fick de Karlberg som sitt lustslott.
Längre fram, endast en kort tid före sin död, planerade Gustav att etablera en kadettskola vid Ulriksdal. Efter att han blivit skjuten 1792 ändrades dock dessa planer eftersom änkedrottningen Sofia Magdalena ville ha Ulriksdal som sitt änkesäte. Istället placerades “Kungliga Krigsacademien” vid Karlberg där den första kullen kadetter kunde mönstra in redan i november 1792.
Gustav IV Adolfs förmyndarregering bes
tämde att man behövde bygga ut för att få plats med alla officerselever och med hjälp av arkitekten Carl Christoffer Gjörwell gjordes en ombyggnad 1793-1796, då de långa logementsflyglarna kom till.
Nutid
Idag utbildas ungefär 300 yrkesofficerare om året vid Militärhögskolan Karlberg och omkring 115 personer är anställda där. Eftersom Karlbergs militärakademi har utbildat officerare i en obruten följd sedan 1792 är det världens äldsta militärskola med utbildning på samma plats.