Quando o futuro rei Carlos visitou pela primeira vez o local onde se situa agora o castelo, em 1866, apaixonou-se pela magnífica paisagem de montanha. Em 1872 a Coroa comprou 1 300 km² de terras junto do rio Piatra Arsă, um afluente do Prahova. A propriedade foi batizada Herdade Real de Sinaia. O rei encomendou a construção duma reserva real de caça e duma residência de verão na herdade. A primeira pedra do castelo foi colocada em 22 de agosto de 1873. Em paralelo com a construção do castelo foram erigidos vários edifícios complementares, como os alojamentos dos guardas, o edifício do economato, as cavalariças, o pavilhão de caça de Foișor e uma central elétrica (Peleș foi o primeiro castelo do mundo a dispor de energia elétrica produzida na sua totalidade localmente).

Os primeiras plantas propostas eram cópias de outros palácios da Europa Ocidental. O rei Carlos rejeitou-as todas por serem pouco originais e implicarem custos muito elevados. O projeto foi ganho pelo arquiteto alemão Johannes Schultz apresentando uma planta mais original, que foi de encontro ao gosto do rei: um grande castelo palaciano alpino que combinava diversas caraterísticas dos estilos clássicos europeus, com a elegância da arquitetura italiana e a estética alemã, com linhas renascentistas. O arquiteto silesiano Carol Benesch também dirigiu as obras.[1] A construção do castelo envolveu entre 300 e 400 operários. Durante as obras, a rainha Isabel escreveu no seu diário:

“ Os italianos eram pedreiros, os romenos construíam terraços, os ciganos eram coolies. Os albaneses e gregos, trabalhavam em pedra, os alemães e húngaros eram carpinteiros. Os turcos coziam tijolo. Os engenheiros eram polacos e os escultores de pedra eram checos. Os franceses desenhavam, os ingleses mediam e por isso podiam ver-se centenas de trajes nacionais e catorze línguas nas quais falavam, cantavam, praguejavam e discutiam em todos os dialetos e tons, uma alegre mistura de homens, cavalos, carroças e búfalos domésticos. ”

Durante a construção, Carlos e Isabel viveram na Villa de Foișor, onde também residiram o rei Fernando e a rainha Maria durante a construção do Castelo de Pelișor. As obras abrandaram ligeiramente durante a Guerra de Independência da Roménia contra o Império Otomano, em 1877–1878, mas pouco depois os planos cresceram em dimensão e a construção foi bastante rápida. O baile de inauguração do castelo ocorreu em 7 de outubro de 1883. O rei Carlos II, filho de Fernando e sobrinho-neto de Carlos I, nasceu em Pelișor em 1893, dando significado ao epíteto dado ao castelo por Carlos I: "berço da dinastia, berço da nação". Carlos II viveu no castelo em diversos períodos do seu reinado.

As obras realizadas entre 1893 e 1914 foram dirigidas pelos arquiteto checo Karel Liman, que desenhou as torres, nomeadamente a central, que tem 66 metros de altura. O edifício Sipot, onde Liman instalou a direção das obras, foi construído depois. Liman também supervisionou a construção do vizinho Castelo de Pelișor, erigido entre 1889 e 1903, que depois seria a residência do rei Fernando I (r. 1914–1927) e da sua esposa Maria de Saxe-Coburgo-Gota, e da villa do rei Fernando no Royal Sheepfold Meadow.

Depois da abdicação forçada de Miguel I em 1947, o regime comunista nacionalizou todas as propriedades da família real, incluindo a herdade de Peleș. Durante um curto período, o castelo esteve aberto como atração turística e serviu como local de recreação e descanso de personalidades ligadas á cultura romena. Em 1953 o castelo foi declarado museu. Nicolae Ceaușescu encerrou toda a herdade em 1975, declarando-a "Área de Interesse do Protocolo do Estado", onde só estavam autorizados a entrar militares e pessoal de manutenção. Ceauşescu não gostava muito do castelo e raramente o vistou. Na década de 1980, uma parte da madeira usada na construção foi infestada por Serpula lacrymans

Em 1990, após a queda do regime comunista no ano anterior, os castelos de Peleș e de Pelişor foram reabertos ao público. Atualmente a villa de Foişor é uma residência do presidente da Roménia, os edifícios do economato e dos alojamentos da guarda são hotéis e restaurantes. Alguns dos outros edifícios na propriedade de Peleș foram convertidos em villas turísticas e outros em "edifícios do protocolo do Estado".[carece de fontes?] Em 2006, o governo romeno anunciou a restituição do castelo ao antigo monarca Miguel I, o que se concretizou em 2008.[2] No entanto, Miguel I declarou que queria que o castelo continuasse a ser um museu nacional, não obstante poder ser usado ocasionalmente para cerimónias públicas organizadas pela família real,[carece de fontes?] a quem o governo romeno passou a pagar uma renda. A propriedade do recheio do castelo continua a ser do Estado romeno, pois só a posse dos imóveis é que foi devolvido à família real.[3] A 10 de maio de 2016, por ocasião do Dia da Independência da Roménia e da comemoração dos 150 da dinastia real romena, o estandarte pessoal da princesa Margarida foi hasteado no castelo pela primeira vez desde 1947.[4]

Ao longo da sua história, o castelo teve como hóspedes personalidades importantes, como membros da realeza, políticos e artistas. Uma das visitas mais memoráveis foi a do imperador Francisco José I da Áustria-Hungria, em 2 de outubro de 1896, que depois escreveu numa carta:

“ O Castelo Real entre outros monumentos, está rodeado por paisagem extremamente bonita com jardins construídos em terraços, tudo à beira de florestas denas. O castelo em si é muito impressionante pelas riquezas que tem acumuladas: pinturas antigas e novas, mobília antiga, armas, toda a espécie de raridades artísticas, tudo arrumado com bom gosto. Fizemos uma longa caminhada nas montanhas, depois fizemos um piquenique na erva verde, rodeados por música cigana. Tirámos muitas fotografias e o ambiente era extremamente agradável. ”

Artistas como George Enescu, Sarah Bernhardt, Pablo de Sarasate, Huberman, Jacques Thibaud, Pierre Loti e Vasile Alecsandri foram hóspedes convidados frequentes da rainha Isabel (ela que era também uma escritora que escreveu com o pseudónimo de Carmen Sylva). Em tempos mais recentes, muitos dignitários estrangeiros visitaram o castelo, como Richard Nixon, Gerald Ford, Muammar al-Gaddafi e Yasser Arafat.[3]