Die Mainzer Erzbischöfe belehnten die Rheingrafen mit der Burg, in deren Hand sich 1215 eine Hälfte befindet. Einen anderen Teil scheinen die Kirchenfürsten anderweitig vergeben zu haben. Denn 1226 ist noch ein anderes Adelsgeschlecht belegt, das im erblichen Besitz des kurmainzischen Truchsessenamtes war und das sich nach der Burg Rheinberg benannte.
Im Jahre 1279 kam es zu Auseinandersetzungen der Mainzer Erzbischöfe mit aufständigen Ministerialen, an deren Spitze der Rheingraf Siegfried sowie der ähnlich benannte Truchseß Sigfried von Rheinberg standen. Diese mündeten in der Schlacht von Sprendlingen, in deren Verlauf der Rheingraf und sein Sohn in die Gefangenschaft des Erzbischofs gerieten. Wohl als weitere Folge dieses Aufstandes wurde Burg Rheinberg ab 1279 durch den Mainzer Erzbischof Werner von Eppstein eingeschlossen und belagert. Dabei wurden im Umfeld der Burg die Belagerungsanlagen Blideneck und Aachener Schanze (s. Extraseiten) angelegt.

Die langfristige Belagerung endete 1280 mit einem Erfolg des Erzbischofs, die Rheingrafen sowie Truchseß Sigfried verloren Burg Rheinberg und mussten sich aus dem Rheingau zurückziehen. Im Zuge der Belagerung 1279-1280 kam es wohl zu erheblichen Zerstörungen. Allein für die aufwändige Belagerung erhält der Erzbischof eine Entschädigung von 1000 Mark. 1280 belehnte der Erzbischof von Mainz Friedrich von Heppenheft mit Rheinberg. Wenige Jahre später, 1301, war sie in der Hand von König Albrecht, der sie offenbar im Verlauf des Rheinischen Zollkrieges eingenommen hatte.
Burg Rheinberg scheint wieder verteidigungsfähig gewesen zu sein, denn die Herren von Heppenheft und die Truchsesse von Rheinberg hielten die Burg 1302 gegen eine erneute Belagerung durch das Erstift Mainz drei Monate bis zum Entsatz durch Reichstruppen. Bei dieser zweiten Belagerung scheint es abermals zu Zerstörungen gekommen zu sein. So musste Johann von Rheinberg als vom Mainzer Erzbischof eingesetzten Amtmann der mainzischen Gegenburg Kammerburg 1304 geloben, Burg Rheinberg binnen acht Jahren nicht wieder aufzubauen.
1308 gelangte die Burg erneut als mainzisches Lehen an Graf Gerlach von Nassau und dessen Bruder Ruprecht. 1316 erscheint zudem Wilhelm von Katzenelnbogen als Herr der Burg, als sie an die Adeligen Grans von Heppenheft und Brenner von Lahnstein verkauft wird. Rheinberg wird nun zur Ganerbenburg. In einem Burgfrieden von 1374 werden sieben Familien als Gemeiner (quasi „Anteilseigner“) der Burg aufgeführt. Die Gemeiner trugen im Jahre 1399 - das mainzische Lehensverhältnis war wohl zwischenzeitig erloschen - die Ganerbenburg den Pfalzgrafen zu Lehen auf, der eine "Hofstatt" in der Burg unterhielt. Sie hat offenbar auch eine Burgkapelle gehabt, die 1471 noch von einem Geistlichen betreut wurde. Noch 1531 wurden von Kurpfalz 15 Ganerbenfamilien mit Anteilen aus Rheinberg belehnt.
Seit dem ausgehenden 15. Jh. erscheint Rheinberg zudem als ein mit der Herrschaft Sauerburg verbundenes pfalzgräfliches Lehen, das sich zuletzt in der Verfügungsgewalt der Familie von Sickingen befand.
Wann Burg Rheinberg verlassen wurde, ist unklar. 1822 gingen die Ruinen von Rheinberg mit der benachbarten, ebenfalls als Ruine erhaltenen Kammerburg an den Freiherrn von Zwierlein zu Geisenheim über. Beide Anlage befinden sich heute im Besitz der Familie Herbig.