Raoul, chambellan du duc de Normandie, fait construire des murailles et la vieille tour. Au XII siècle est construite la tour carrée dont les murs font 1,65 mètre d'épaisseur. En 1316, Jeanne de Tancarville, unique héritière, épouse Jean de Melun. Son fils devient le second comte de Tancarville, en 1364 le comté de Tancarville est séparé de celui de Longueville. En 1417, la comtesse Marguerite se marie avec Jacques d'Harcourt. En 1418 au moment de la conquête de la Normandie par Henri V d'Angleterre, le titre de comte de Tancarville, Earl of Tankerville est donné à Jean de Gray (John Grey), tandis que dans le royaume de France il était porté par la famille d'Harcourt qui va récupérer le château après le départ des Anglais. En 1468 est édifiée une salle de réception. Ensuite le fils du grand Dunois va en hériter en 1488. En 1505 le roi de France Louis XII érige le comté de Longueville en duché de Longueville et Tancarville n'est plus qu'un comté annexe.
En 1709, une partie en style classique est adjointe aux parties médiévales de l'édifice par le comte d'Évreux. Après 1789, le château est pillé et en partie incendié.
Dans les années 1960, le château a servi de colonie de vacances pour les enfants de la région.
Actuellement le titre d’Earl of Tankerville est encore porté en Angleterre.
Le château appartient aujourd'hui à la société de Figeac (Dordogne) SAQQARA au capital de 2.000 €, qui propose d'y aménager des appartements de luxe. En attendant d'être réhabilité, il reste fermé au public.
