Zwischen 1430 und 1477 wurden weitere Gebäude angefügt. Die ursprünglichen Besitzer waren die Förtsch von Thurnau. 1564 starb die männlische Linie aus. Durch die Töchter erbten die Familien Künsberg und Giech das Schloss. Beide Familien errichteten neue Gebäudetrakte mit der Kemenate in der Mitte.
Hans Georg von Giech ließ von 1600 bis 1606 den Hans-Georgen-Bau im Stil der Renaissance erbauen. Nach dem Erlangen der Grafenwürde entstand 1701-1706 die neue Kirche und von 1729 bis 1731 der barocke Carl-Maximilian-Bau.
Die Anlage teilt sich in den Oberen und den Unteren Schlosshof. Hölzerne Übergänge verbinden den nordöstlichen Rundturm mit der Kirche und die Kemenate mit dem Hans-Georgen-Bau.
Nach Streitigkeiten kaufte die Familie von Giech der Familie Künsberg 1731 das halbe Schloss ab. 1919 zog der letzte Graf, Friedrich Karl von Giech, aus und übersiedelte auf die Burg Wiesentfels.
Durch Erbschaft kam es an die Familie von Gaertringen.
1945 wohnten im Schloss Flüchtlingsfamilien. 1975 zog die Familie aus dem Schloss Thurnau aus und überführte es in die Gräflich Giech’sche Spitalstiftung.
1991 gründeten Politiker, Unternehmer und Institutionen das Wissenschaftszentrum Schloß Thurnau. Teile nutzt heute die Universität Bayreuth.
