A Károlyi család birtokközpontjában 1482-ben Nagykárolyban már „kőház” állott, melynek elsődlegesen erődítési, védelmi funkciói voltak. Ez a funkció a következő évszázadokban nem is változott, hiszen Szatmár megye területén szinte folyamatosan harcok dúltak. Fokozottan igaz ez a 17. század végére, az 1681. évi országgyűlés VI. törvénycikke például Nagykárolyt, Nyalábvár és Béltek mellett a Tiszántúli részek megtartásának érdekében végvárrá is nyilvánította, elrendelte újjáépítésüket és a helyi lakosság köréből toborzott katonaság védelme alá helyezésüket. Ennek megfelelően Károlyi László nem is lakott a nagykárolyi várban. Felesége halála után, 1682-ben végleg Szatmárra költözött, és ott is halt meg 1689-ben.

Károlyi Sándor egy ideig szintén Szatmáron lakott, Várad visszavétele után, 1693-ban, amikor a német őrség távozott a várból, családjával visszaköltözött a nagykárolyi várba. Károlyi 1699-ben felújíttatta a várkastélyt, és igyekezett otthonosabbá tenni, de vár jellegét nem szüntette meg. A vár helyreállítása mellett, ekkor kezdődhetett meg a kert kialakítása is. A szatmári béke után a nagykárolyi vár lakhatatlanná vált, Károlyi Sándor egy ideig Pozsonyban tartózkodott, családját pedig Bátorkeszibe költöztette, majd idősebb korára az erdődi várban rendezkedett be, és itt is halt meg 1743-ban.

Károlyi Antal és Harruckern Jozefa 1757. évi esküvője előtt ismét egy nagyobb átalakításon esik át a kastély, leginkább a belső kialakítás és a berendezés újul meg. Az akkor állapotokról két szemtanú Hueber Antal és Therese Corzan is beszámol, kiknek naplói 2021-től magyar fordításban is olvashatók. Huber Antal így jellemezte a vára: „ …. ezt a nagyszerű kastélyt egy magas fal veszi körül rendes lőrésekkel, mint egy valódi vár esetében. Ezen a falon belül a személyzet különféle szállásai, mindenféle konyhák, kamrák, raktárak követik egymást szépen sorban. A falon kívül körben egy mély árok látható, hogy a kastélyba sehol másutt ne lehessen bejönni, mint azon az egyetlen hídon, amelynek saját kapuja van. Ezt az árkot kívülről még egy magas paliszád is körbeveszi. Hát mi lehetne ennél szebb! A paliszádon túl van a szép és híres udvari kert, amelynek szinte nem látni a végét. Itt megtalálhatóak a legkülönfélébb olasz fák és gyümölcseik, ezen kívül megszámlálhatatlan sok egyéb gyümölcsfa az összes elképzelhető gyümölccsel. Különféle virágok, amik igen gyönyörűséges látványt nyújtanak az embernek. Több kút, valamint egy tavacska a teknősöknek és a szükséges konyhakert, valamint veteményes, amiket sokaságuk végett most nem is sorolok fel.”

A 18. század közepéig a Károlyi család állandó lakhelye, otthona Nagykárolyban volt. Károlyi Antal 1768-ban vette meg Pesten a Harruckern-ház mellett lévő palotát 33.000 forintért, melyet 1779-től át is alakíttatott (21.251 rénes forint költséggel). Károlyi Antal felesége, Harruckern Jozefa révén Bécsben is háztulajdonhoz jutott a Károlyi család. A Kärntner Strasse-i házat, amely Károlyi Antalné öröksége volt, fiára, Józsefre hagyta. 1798-ban vette meg a wiedeni kertet az épületekkel együtt, amelyeket unokájára, Károlyi Istvánra hagyott. A 18. század utolsó évtizedeiben Károlyi Antal egyre több időt töltött Bécsben, Károlyi József pedig az 1780-as évek végétől Pesten. A korábbi kastély nem felelt már meg a család igényeinek. Károlyi Antal éppen ezért nem is ezt kívánta átalakítani, hanem Nagykárolyon kívül, a Szőlőskert és a Somoserdő közötti területen szeretett volna egy új kastélyt építteteni. A vállalkozásból azonban végül nem lett semmi, csak a tervek maradtak az utókorra.

Nem lehet tudni, hogy Károlyi Józsefnek hogy oszlott meg az ideje Nagykároly, Pest és Bécs között, de évente többször tartózkodott hosszabb-rövidebb ideig egyedül, vagy nagy családjával Nagykárolyban is, mert szükségét érezte a nagykárolyi várkastély korszerűsítésének. A munkálatok 1792-ben kezdődtek, de már 1794 tavaszára, Károlyi József Szatmár vármegye főispáni székébe való beiktatására teljesen befejeződtek. A főbb erődítmény elemeket, bástyákat ezúttal lebontották, a várat pedig Joseph Bittheuser építesz tervei alapján klasszicizáló késő barokk kastéllyá alakították.

A következő átalakítás Károlyi György nevéhez fűződik, melyre 1847-ben Ybl Miklós irányításával került sor.

A kastély újabb jelentős a mai állapotokhoz közelítő átalakítására, 1894-1896 között került sor Károlyi István (1845–1907) kezdeményezésére. Meinig Arthur építesz tervei nyomán a barokk kastélyt eklektikus stílusban építtették át, historizáló neogótikus elemekkel. A korábbi falakat majdnem teljes egészében meghagyták, azonban francia mintára kialakított saroktornyokkal egészítettek ki, A főbejáratot áthelyeztek a varos felőli, északkeleti oldalra. A belső udvart festett gerendák tartotta virág díszítésű födémmel fedtek be, ezáltal hatalmas, két szintes belső teret alakítva ki.