Nach dem Aussterben der Grafen von Katzenelnbogen 1479 gelangte Rheinfels mit dem übrigen Besitz dieser Dynastie an die Landgrafen von Hessen. Infolge der hessischen Erbteilung 1567 diente sie ab 1567 als Residenz des Landgrafen Philipp II., dem Jüngeren, von Hessen-Rheinfels (1567-83), dessen Grabmal in der Stiftskirche von St. Goar aufbewahrt wird. Unter ihm wurden die Obergeschosse der Burg in einer optisch imposanten Fachwerkkonstruktion ausgebaut, wie sie bei Wilhelm Dilich 1607/08 dokumentiert worden ist. Anschließend kam Burg Rheinfels an Hessen-Kassel.
Von 1626-47 gehörte sie zu Hessen-Darmstadt und war Residenz des Landgrafen Georg II. (1626-61).

In den Jahren 1649 bis 1693 gehörte sie wieder zu Hessen-Kassel und war Residenz des Landgrafen Ernst von Hessen-Rotenburg-Rheinfels.

Im 17. Jahrhundert wurde die Burg durch neue Außenwerke zu einer starken Festung ausgebaut. Während des Pfälzischen Erbfolgekrieges war sie 1692 als Festung von großer Bedeutung, da sie trotz längerer Belagerung durch eine französische Übermacht von 28.000 Soldaten nicht eingenommen werden konnte. Gut 100 Jahre später, im Jahre 1794, wurde die mittlerweile veraltete Festung dann den französischen Revolutionstruppen kampflos überlassen, welche die Anlage entfestigten. Dabei wurden 1796 die Außenwerke und 1797 der Bergfried und der Darmstädter Bau gesprengt.
1812 kamen ihre Ruinen durch Versteigerung in Privatbesitz und dienten ab 1818 als Steinbruch für den Wiederaufbau der Festung Ehrenbreitstein bei Koblenz.
Weitere Zerstörungen wurden erst 1843 durch den Ankauf des mittelalterlichen Teils der Ruine durch Prinz Wilhelm von Preussen, den späteren Kaiser Wilhelm I., verhindert.
Seit 1925 ist sie Eigentum der Stadt St. Goar.  Im späten 20. Jahrhundert erfolgten umfangreiche Sicherungsarbeiten.