1160 erwarben die Grafen von Nassau aus dem Erbe der Arnsteiner Grafen wesentliche Anteile am Einrichgau.  Nach der Besitzteilung 1255 zwischen den Brüdern Otto I. und Walram II. blieb die Burg im gemeinsamen Eigentum der beiden Brüder. Die Lahn bildete nun die Grenze zwischen der ottonischen und der walramschen Linie.
Ein bedeutender Vertreter des Geschlechtes war Walrams Sohn Graf Adolf von Nassau, der von 1292 bis zu seinem gewaltsamen Ende in der Schlacht bei Göllheim 1298 Deutscher König war. Die walramsche Linie zerfiel später in die Linien Nassau-Weilburg, Nassau-Usingen, Nassau-Idstein sowie Nassau-Wiesbaden.
Die ottonische Linie von Nassau gewann im 15. Jahrhundert zunehmend Einfluss in den Niederlanden. Ihr entstammte Wilhelm I. von Oranien (1533-1584) aus dem Hause Nassau-Dillenburg.
Das Herzogtum Nassau wurde 1866 aufgelöst und kam zu Preußen.  



Seit Ende des 15. Jahrhunderts war Burg Nassau keine Residenz mehr. Auf der Burg, über die keine Kriegszerstörungen bekannt sind, wurde 1515 noch ein Burgkaplan genannt, 1597 war die Anlage bereits stark verfallen.
Von 1971 bis 1982 wurden Teile der Burg restauriert.
Insbesondere der Bergfried und der Palas sind in interpretierender Weise wiederhergestellt bzw. neu erbaut worden. Sie bestimmen heute die Silhouette der Burg.