Su construcción, atribuida a alarifes mudéjares, [cita requerida] se realizó en el siglo xv principalmente en ladrillo, utilizado no sólo como material de obra, sino también como elemento decorativo; la piedra caliza aparece en las aspilleras, las columnas del patio de armas y otros elementos decorativos.

Dentro del recinto pueden encontrarse también otras salas con decoración de estuco y mural, así como una mazmorra.

En 1453, Alonso de Fonseca y Ulloa obtuvo del rey Juan II de Castilla el permiso real para edificar el castillo, aunque su construcción no se empezó hasta varios años después.

Por eso en 1504, Coca pasó a su hermano, Antonio de Fonseca, capitán de los Reyes Católicos, que amplió los elementos defensivos del castillo, que más tarde tuvo que defenderse del infortunado ataque del marqués del Cenete, quien pretendía rescatar a su prometida, María de Fonseca, que estaba retenida por su tío.

En diferentes épocas pasó por importantes reformas: galerías del Patio de Armas en el siglo XVI; galería entre las Torres del Homenaje y de Pedro Mata en el siglo XVII, y otras mejoras en 1715.

En 1808, durante la Guerra de la Independencia, los franceses ocuparon la villa de Coca y sus tropas se instalaron en el castillo, al que causaron grandes destrozos, y cuando lo abandonaron en 1812 solo eran ruinas.

En 1931 fue declarado Monumento Histórico Nacional y en 1954 fue cedido al Ministerio de Agricultura por 100 años menos 1 día, siendo restaurado entre 1956 y 1958 para albergar la Escuela de Capacitación Forestal.