En 1804, Carlos Federico, el hijo mayor y heredero del Duque Carlos Augusto contrajo matrimonio con María Pávlovna Románova, hermana del emperador Alejandro I de Rusia, una unión conyugal que promovió decisivamente el ascenso de la dinastía ernestina de Sajonia-Weimar.

Tras la unión oficial en 1809, el Ducado de Sajonia-Weimar-Eisenach consistía de distritos separados en torno a la capital Weimar al norte y Eisenach al oeste, que fue agrandado en 1815 con el distrito de Neustadt an der Orla al este.

El Gran Ducado, que desde 1815 formaba parte de la Confederación Germánica, no se vio afectado seriamente por las revoluciones alemanas de 1848 y se mantuvo neutral durante las crecientes fricciones entre Austria y Prusia durante las dos décadas siguientes.

Tras la guerra austro-prusiana, el Gran Ducado pasó a ser miembro de la Confederación Alemana del Norte y en 1871 se unió al nuevo Imperio alemán como estado constituyente.

Sin embargo, el nombre fue poco usado para evitar confusiones con el vecino Reino de Sajonia.