Erbaut an einem der schönsten Aussichtspunkte über dem Sempacher See diente der Vorgängerbau als Sitz des Seevogtes, der den Seeverkehr auf dem Sempachersee überwachte. Im Jahre 1317 erscheint ein Ulrich von Wartensee erstmals in den Akten. Wahrscheinlich wurde der erste Bau um diese Zeit errichtet, zusammen mit der Schlosskapelle St. Jost, die in der südöstlichen Ecke des Innenhofes steht. Dieser einst vielbesuchte Wallfahrtsort ist eingegangen, und die Kapelle ist nicht mehr geweiht. In dieser Schlosskapelle wurde früher an Mariä Himmelfahrt ein Kommunion- und Beichttag gehalten, wo auch der "Zwetschgenablass" verliehen wurde, so genannt, weil zu dieser Jahreszeit die Zwetschgen reiften. Von den Votivgaben, Fröschen und Kröten aus Silber und Holz, die von kranken Frauen gestiftet wurden, ist leider nichts mehr zu finden. Heute dient die Kapelle gelegentlich als Hochzeitskapelle, doch die Spuren der Zeit sind deutlich erkennbar.
Im 14. Jahrhundert war das Schloss ein habsburgisches Lehen, das 1361 ein Pantaleon von Galmton pachtete. Zum Lehen zählten die Meierhöfe Wartensee und zeitweise das angrenzende Sandblatten (heute Althus, Nottwil). Nach dem Sieg in der Schlacht bei Sempach zerstörten die Eidgenossen diesen habsburgischen Besitz. 1514 erwarb Junker Peter Zukäs von Luzern die Brandruine samt Hof und Burgstall und baute das heutige schlösschenartige Landhaus. 1588-1647 besassen es die Fleckenstein von Luzern, dann kauften es die Schnyder von Sursee und Luzern, die sich ab 1649 Schnyder von Wartensee nannten.
1831-1833 beherbergte Schloss Wartensee die von Friedrich Froebel und Franz Xaver Schnyder von Wartensee errichtete Wartenseer Erziehungsanstalt, eine Privatschule nach dem Vorbild von Heinrich Pestalozzi. Da das katholische Umland dieser Privatschule unter der Leitung des Reformierten Froebel feindselig gegenüberstand, dislozierte dieser samt seiner Schule nach nur 2 Jahren ins Schloss Willisau (wo er übrigens auf eine ähnliche Ablehnung traf).
Franz Xaver Schnyder verkaufte hierauf (1833) den ganzen Komplex an die Bauernfamilie Lang. Seit 1888 ist das Schloss im Besitze der Familie Rösli. 1993 wurde es einer Totalsanierung unterzogen und erstrahlt nun im neuen Glanz. Der Schlossgarten mit seiner Rosenzucht ist für jedermann frei zugänglich. Von hier geniesst man einen prächtigen Ausblick über den Sempachersee und das Städtchen Sempach
Letzter Schlossbesitzer aus der Patrizierdynastie Schnyder von Wartensee war der Musiker Xaver Schnyder von Wartensee. Der als Sohn eines patrizischen Luzerner Offiziers der Schweizertruppen auf Korsika in Luzern zur Welt gekommene Musiker wirkte als Violoncellist, Bratschist und Paukenspieler von 1808 bis 1810 an den frühesten Musikfesten der Schweizerischen Musikgesellschaft mit, lernte wenige Jahre später durch Hans Georg Nägelis Vermittlung Beethoven in Wien kennen und erteilte von 1815 bis 1817 Gesangsunterricht an Pestalozzis Erziehungsanstalt in Yverdon. Dort lernte er den deutschen Erzieher Friedrich Fröbel kennen, mit dem zusammen er 1833 eine Privatschule in seinem Schloss Wartensee gründete.
Nachdem er sich 1817 in Frankfurt am Main niedergelassen hatte, rief er dort 1828 einen «Liederkranz» nach Nägelis Vorbild ins Leben, um dessen musikerzieherische Ideen mittels Chorgesang durchzusetzen.
Schnyder von Wartensee kehrte 1844 nach Luzern zurück, verbrachte aber seine letzten Lebensjahre wiederum in Frankfurt, wo mit der Oper «Fortunat» schon 1831 eines seiner Hauptwerke zur Uraufführung gelangt war. Zu ihnen gehören auch die dem Andenken Joseph Haydns gewidmete 2. Sinfonie c-Moll (1827), das Konzert für zwei Klarinetten und Orchester (um 1820) und die «12 Schweizerlieder» für Männerchor (1834). Unter den Klavierwerken ragen je eine Sonate in C-Dur und f-Moll sowie die 1830 in Frankfurt von Fr. Ph. Dunst veröffentlichte Sammlung «Lustiges Drey mal Drey / oder neun Scherzi / für das Piano-Forte» hervor, die um 1825 entstanden sein dürfte. Ihr entstammt das stilistisch Beethoven nahestehende Scherzo in E-Dur, das sich durch kontrapunktischen Spielwitz und auffallend kurzatmige, aber klare Themen auszeichnet.