Die Anfänge der Wasserburg Vollrads reichen in die erste Hälfte des 14. Jahrhunderts zurück. Namenspatron ist möglicherweise ein 1218 bezeugter Ritter Volradus von Winkel. Das Adelsgeschlecht von Vollrads ist erstmals 1268 mit Konrad von Vollrads sicher bezeugt. Es trat Anfang des 14. Jahrhunderts das Erbe der seit 1191 belegten Mainzer Ministerialenfamilie von Winkel, seit 1211 gen. Greiffenclau, die wohl stammesverwandt mit den Anfang des 12. Jahrhunderts genannten Adeligen von Winkel waren, an, als diese im Mannesstamm erlosch. Zugleich übernahmen die von Vollrads auch den Namen von Greiffenclau. Im Jahre 1332 nennt sich Friedrich von Greiffenclau erstmals mit dem Zusatz „zum Vollrads“, so dass es nahe liegt, dass die Burg wenig zuvor in einem wohl erst um 1300 urbar gemachten Kleinraum errichtet worden war. In der urkundlichen Überlieferung begegnet die Burg erstmals 1337 anlässlich der Weihe eines Altars in der Burgkapelle. Vollrads löste das „Graue Haus“ in Winkel in der Funktion als Hauptfamiliensitz ab, Winkel diente als Witwensitz.

Der älteste noch erhaltene Teil der Anlage ist der quadratische, fünfstöckige Wohnturm (ca. 10,8 x 10,5 Meter), der sich inmitten eines etwa rechteckigen, 50 x 40 Meter großen ausgemauerten Teiches erhebt. Er dürfte im frühen 14. Jahrhundert errichtet worden sein. An der Südwestseite befindet sich der heutige Zugang, der über eine Brücke führt. Dort ist auch ein Maueransatz der Nordmauer des ehemaligen Saalbaues zu erkennen, der sich früher neben dem Turm erhob.
Überhaupt bot die Kernburg früher ein deutlich anderes Bild, da sie außer dem Saalbau noch einen zweiten Wohnturm aufwies, der 1471 errichtet wurde und der vermutlich mit der Nordwestecke des bestehenden Turmes "verwachsen" war. Die Kernburg bestand damals also aus zwei über Eck aneinanderstoßenden Wohntürmen, also einer recht seltenen Doppelturmanlage, und einem Anbau (Saalbau).
Der frühere Zugang befand sich nach einer Ansicht von 1699, auf der auch beide Türme erkennbar sind, an der Nordwestecke des noch stehenden Turmes. Der jüngere Wohnturm des 15. Jahrhunderts wurde nach 1712 abgebrochen.