I 1730 forærer Christian Vl området, der i dag kendes som Charlottenlund Slotshave til sin søster Charlotte Amalie. Charlotte Amalie starter året efter byggeriet af Charlottenlund Slot blandt andet med materialer fra det tidligere Københavns Slot, der i samme periode nedrives for at give plads for det første Christiansborg Slot. Den danske arkitekt, Johan Cornelius Krieger (1683-1755) er hovedarkitekten bag slottet, der bygges i datidens fremherskende stil barok. Slottet stod færdig i 1733, dog noget mindre end det fremstår i dag.

I 1869 flytter den daværende kronprins Frederik (den senere Frederik VIII) og hans hustru Lovisa af Sverige ind på Charlottenlund Slot. Lovisa er fra starten populær i befolkningen. Det skyldes blandt andet, at hun kommer fra et skandinavisk land (læs: hun er ikke tysk prinsesse). I 1870 føder hun Christian X på Charlottenlund Slot. I 1872 føder hun Prins Carl – den senere norske “heltekonge” Haakon VII – på slottet.

Fra 1880 til 1881 udvides slottet i begge sider og forsynes med den karakteristiske kuppel, så det kan huse Frederik VIII og dronning Lovisas store familie. Hovedarkitekten er Ferdinand Meldahl, der tilføjer træk i fransk ny-renæssance – hvilket afspejler sig især i kuplen – mens resten af huset – hovedfløj, sidefløje m.v. er ren barokstil.
Haven anlægges sideløbende i naturromantisk stil.

I 1926 dør Dronning Lovisa og slottet overgår til civile formål. Slottet og slotsparken får status af national kulturarv og bliver statsejet.
I 1936 flytter Danmarks Fiskeri- og Havundersøgelser (siden 2007 DTU) ind på slottet og tre år senere indvies Danmarks Akvarium i bygningen ved slotshavens indgang (i 2013 flyttede akvariet til Den Blå Planet i Kastrup).
I 1938 opstilles en obelisk af grønlandsk marmor vest for slottet til ære for Frederik VIII og dronning Lovisa af det danske og det islandske folk. Monumentet står endnu i haven. I 2005 opstilles tillige en mindeplade for Haakon Vll på krokusplænen foran slottet (udført af billedhuggeren Kirsten Ortveds).
Havens historie blev i løbet af 1990’erne mindet med bede med buksbom og formklippede thujapyramider og takssøjler i samme barokstil, som haven havde i 1700-tallet.

I 2017 overtog Charlottenlund Slot A/S driften af slottet.
DE ønsker at genetablere slottets centrale rolle i Dansk kulturliv og gøre det til et berigende aktiv, både lokalt og nationalt. Det vil vi gøre ved at skabe et levende kultur- og videnshus, der skal huse en bred vifte af organisationer og virksomheder – og samtidig være rammen om en lang række events og kulturarrangementer.