En 1338, le roi de France Philippe VI de Valois, accorde à l'un de ses fidèles chevaliers, Geoffroy de Nancy, le fief de Gombervaux. Celui-ci y édifie le château qui devient un poste frontière avec le duché de Lorraine (dépendant du Saint-Empire germanique). Sa construction s'achèvera en 1357. Six ans plus tard, Henri V de Vaudémont, vassal du duc de Lorraine, l'assiège avec l'aide de soldats anglais.

En 1367, le château est le théâtre d'un fastueux banquet réunissant le roi de France Charles V, ses connétables Bertrand du Guesclin et Olivier de Clisson et le duc Jean 1er de Lorraine. Ce festin est préparé par Guillaume Tirel dit Taillevent, auteur du célèbre Viandier, ouvrage de référence pour la cuisine au Moyen Age.

Dans le dernier tiers du XVIe siècle, le château entre dans la famille des Salles par le mariage de Pierre des Salles avec Nicole de Vernancourt, dame de Gombervaux.

En 1617, les grandes familles du royaume, avec à leur tête le prince de Condé, se soulèvent contre Marie de Médicis et son conseiller Concini qui assurent la Régence pendant la minorité de Louis XIII. Les insurgés s'emparent du château qui sera libéré, après treize jours de siège, par les troupes de Vaucouleurs.

Au cours de l'année 1639, pendant la guerre de Trente Ans, conflit religieux puis politique qui opposa toutes les puissances européennes - sauf l'Angleterre et la Russie - entre 1618 et 1648, Richelieu envisage la destruction du château, car celui-ci fait face au duché de Lorraine, allié de l'Autriche, en conflit armé avec la France depuis 1635.

En 1660, Louis XIV érige le domaine en baronnie. Son seigneur, Gabriel de Myon, devient donc baron de Gombervaux.

Au siècle suivant, vers 1769, les seigneurs de Mailliart quittent Gombervaux pour une demeure plus confortable à Tussey. Le domaine est alors loué, puis vendu en 1843 à des agriculteurs. A partir de cette date, le château devient une ferme doublée d'une carrière de pierres.

En janvier 1989, l'association Gombervaux est créée. Elle a pour but : la sauvegarde et la mise en sécurité du monument (pose de toitures de protection…), la mise en valeur des espaces les plus significatifs (grande salle, tour-porche, salle voûtée), l'étude des structures enfouies et/ou des parties disparues (courtines, tour nord-ouest, puits, piles du pont…)