Die ersten urkundlich fassbaren Besitzer waren Mettfried und Everhard von Burgenesem, die 1157 in einer Urkunde des Trierer Erzbischofs Hillin genannt werden. Kurz vor 1189 wird die Burg vom Kölner Erzbischof Philipp von Heinsberg (1168-90) erworben und den bisherigen Besitzern zu Lehen gegeben. Im Jahre 1281, also fast einhundert Jahre später, erwarb auch der Trierer Erzbischof einen Anteil an Bürresheim, so dass die Burg fortan aus einem Trierer Teil (Ostburg) und einem Kölner Teil (Westburg) bestand. 1359 traten die von Bürresheim ihre Besitzrechte an der Burg an die Vögte von Leutesdorf ab.

Die Burg liegt auf einem Felsen, der von der Nette umflossen wird. Sie weist einen annähernd rechteckigen Grundriss von 60 m  x 37 m auf und gliedert sich in zwei Teile: den westlichen Teil nimmt die ruinöse "Kölner Burg" ein, während die östliche Trierer Burg bis heute gut erhalten ist. Zur Baugestalt der ersten, hochmittelalterlichen Burganlage aus der Mitte des 12. Jahrhunderts liegen bislang noch keine gesicherten Erkenntnisse vor. Auf der höchsten Stelle des Burgareals erhebt sich der vermutlich im 12. Jahrhundert erbaute quadratische Bergfried, der im 15. Jahrhundert aufgestockt wurde.