Secondo la tradizione castello fu eretto nel XIII secolo; recenti indagini archeologiche condotte da Sauro Gelichi dell'Università Ca' Foscari di Venezia hanno permesso di far risalire il nucleo originario al X secolo. Dal XIV secolo il complesso fortificato subì notevoli cambiamenti: dopo alcune prime trasformazioni architettoniche avvenute sotto gli Adelardi e Azzo da Castello, nel 1405 Marco I Pio fu infeudato nel castello di Formigine da Nicolò III d'Este e diede al castello la forma attuale. Nel 1599 il castello passò alla famiglia d'Este, che lo diede in feudo nel 1648 ai Calcagnini. Durante la Seconda Guerra Mondiale, Formigine e la sua rocca furono duramente colpite dai bombardamenti aerei.

Nella parte più antica del castello è ospitato il Museo e Centro di documentazione: un emozionante viaggio nel tempo che inizia nel X secolo e arriva fino ai giorni nostri. Le installazioni multimediali e interattive di Studio Azzurro, importante centro di ricerca artistica milanese, dialogano con la ricerca storica e archeologica diretta dalla prestigiosa Università Ca' Foscari di Venezia, raccontando di luoghi, persone e cose del passato con un linguaggio contemporaneo.

Con più di 4000 mq di superficie, il parco interno al castello si presenta come una rigogliosa arena verde dove le antiche torri fungono da scenografico fondale. Grazie ad un punto d'osservazione collegato alla rocchetta, è possibile vedere un'area archeologica che conserva i resti dell'antica pieve dedicata a San Bartolomeo, dell'annesso campanile e di alcune sepolture. Questo è il nucleo più antico dell'abitato rurale, le cui origini risalgono al X secolo.