À la mort de Richard II, duc de Normandie, en août 1026, son fils (également appelé Richard) succède au duché . L’héritage est cependant contesté par le frère cadet de Richard III, Robert. Non content de son héritage de la ville d’Exmes et de ses environs, Robert se rebelle et prend les armes contre son frère et il s’empare du château de Falaise. Richard assiège le château et force Robert à se soumettre à lui, mais le duc meurt de causes inconnues en 1027 et son frère lui succède. Robert a engendré un fils illégitime par une femme nommée Herleva, originaire de la ville de Falaise et fille d’un chambellan. L’enfant, William, est né vers 1028.
Le château (XIIe-XIIIe siècle), qui surplombe la ville d’un haut rocher, était autrefois le siège des ducs de Normandie. La construction a été commencée sur le site d’un château antérieur en 1123 par Henri Ier d’Angleterre, avec le « grand donjon » (grand donjon). Plus tard a été ajouté le « petit donjon » (petit donjon).
La tour construite dans le premier quart du XIIe siècle contenait une salle, une chapelle et une chambre pour le seigneur, mais pas de petites pièces pour un arrangement domestique compliqué; de cette manière, elle était similaire aux tours de Corfe, Norwich et Portchester, toutes en Angleterre.
Arthur I, duc de Bretagne, était le neveu adolescent du roi Jean d’Angleterre, et un prétendant rival au trône d’Angleterre. Avec le soutien du roi Philippe II de France, Arthur se lance dans une campagne en Normandie contre Jean en 1202, et le Poitou se révolte en faveur d’Arthur. Le duc de Bretagne assiège sa grand-mère, Aliénor d’Aquitaine, au château de Mirebeau. John marcha sur Mirebeau, prenant Arthur par surprise et le capturant le 1er août. De là, Arthur fut transporté à Falaise où il fut emprisonné dans le donjon du château. Selon le chroniqueur contemporain Ralph de Coggeshall, Jean ordonna à deux de ses serviteurs de mutiler le duc. Hugh de Burgh était chargé de garder Arthur et refusa qu’il soit mutilé, mais pour démoraliser les partisans d’Arthur, c’était annoncer sa mort. Les circonstances de la mort d’Arthur ne sont pas claires, bien qu’il soit probablement mort en 1203.
Vers 1207, après avoir conquis la Normandie, Philippe II Auguste ordonne la construction d’un nouveau donjon cylindrique. Elle a ensuite été nommée Tour Talbot (Tour Talbot) en l’honneur du commandant anglais responsable de sa réparation pendant la guerre de Cent Ans. C’est une haute tour ronde, de conception similaire aux tours construites à Gisors et au Louvre médiéval.
La possession du château changea plusieurs fois de mains pendant la guerre de Cent Ans. Le château a été déserté au 17ème siècle.
Depuis 1840, le Château de Falaise est classé monument historique par le Ministère de la Culture. Un programme de restauration a été réalisé entre 1870 et 1874. Le château a souffert des bombardements de la Seconde Guerre mondiale lors de la bataille de la poche de Falaise en 1944, mais les trois donjon sont indemnes.