Pozdně gotický sokolovský zámek, jenž byl základem pro dnešní sídlo, byl postaven po roce 1480 Mikulášem Šlikem, který spolu s ním vlastnil také panství Jindřichovice a hrady Seeberg a Nejdek. Tvrz byla přestavěna na hrad se čtyřmi věžemi. Mikuláš Šlik byl zakladatelem větve Šliků na Sokolovsku. Mikuláš umírá v roce 1522, a jeho majetek dědí jeho syn Volf. Ten panství rozšíří, a po jeho smrti v roce 1556 ho získává jeho synovec Kryštof. Posledním Šlikem vlastnícím Sokolov byl Jan Albín, který ho obýval v letech 1615–1621. Jan Albín byl spolu se svým bratrem jedním z vůdců stavovského povstání, proto byl donucen odejít později do vyhnanství.

Zámek je v roce 1621 zkonfiskován, a ještě téhož roku ho odkupuje císařský rada Ota Nostic. Nosticové se poté stávají majiteli panství až do roku 1945. Během třicetileté války byl zámek značně poškozen, protože se v jeho těsné blízkosti vedly několikrát těžké boje. Ještě v roce 1621 byl zámek několik měsíců obléhán vojsky Maxmiliána Bavorského, a poté byl nucen kapitulovat. O něco později, v roce 1632 bylo město znovu napadeno a kompletně vypáleno, zámek se však ubránil. V roce 1647 byl Sokolov dobyt švédským generálem Wrangelem, ale brzy, ještě téhož roku získávají sídlo Nosticové zpět. O rok později ho švédská vojska dobyla znovu. Tentokráte pod velením generála Königsmarka, který nechal zámek vypálit.

Na ruinách vyhořelého zámku postavili Nosticové (Jan Hartvik Nostic) v roce 1663 nový zámek v barokním stylu. Zámek navštívily některé významné osobnosti například Josef Dobrovský nebo Johann Wolfgang von Goethe. V průběhu dalších válek byl zámek opět poškozen, proto jej na počátku 19. stol nechal hrabě Bedřich Nostic opravit, tentokrát v klasicistním stylu. Nosticové vlastnili zámek do roku 1945.

Poslední generální oprava byla provedena v letech 1993–1994. Dochovaná podoba pochází z klasicistní přestavby roku 1805.

V dnešní době se v zámku nachází městské informační centrum, městská knihovna a svatební síň. V zámku sídlí od roku 2003 také Krajské muzeum Sokolov. Muzeum je specializované na hornictví a návazné výroby. Prostory zámku jsou dále využívány pro menší hudební představení.