Aquest castell és situat en una terrassa rocosa que forma un penya-segat sobre la confluència dels rius Algars i Matarranya. El nucli urbà de Nonasp es formà a redós del castell i té el seu origen en una fortalesa sarraïna, conquerida l’any 1133 per Alfons el Bataller al mateix temps que Mequinensa. El rei aragonès inicià una repoblació que fracassà, al cap de poc temps, quan perdé aquelles possessions per la derrota que sofriren els aragonesos a Fraga l’any 1134. Segons sembla, les hosts del comte de Barcelona Ramon Berenguer IV, després d’haver pres Tortosa el 1148, van dur a terme campanyes contra diversos indrets clau de les marques catalana i aragonesa, entre ells l’estratègic castell de Nonasp. Per a J.M. Lacarra, el comte rei va posar especial interès a fortificar Nonasp —entre altres places fortes d’aquelles terres— a causa de la seva importància estratègica, ja que controlava les vies d’accés a dues conques fluvials per on podia penetrar novament l’enemic. El 1153 Nonasp figura en els límits del castell de Miravet, que el comte Ramon Berenguer IV va donar als templers.
Els primers temps després de la conquesta de Miravet, aquests territoris devien tornar a ser en certa manera recuperats pels sarraïns, fins que definitivament tornaren a mans cristianes en la victoriosa campanya d’Alfons el Cast (1168).
Al final del segle XII o al començament del XIII, Nonasp passà a mans d’Artau d’Artussella, el qual el permutà per Perola amb la seva germana Elvira de Cervelló. Aquesta, el 1248 (en data posterior a la carta de Vall Major, on apareix el comanador de Nonasp), cedí els drets sobre el castell i la vila de Nonasp, juntament amb el castell i la vila de Bot, el castell d’Almesuls i la vall de Batea amb tots els termes i les pertinences, a l’orde del Temple. Aquesta donació era feta en reconeixement als molts serveis que havia rebut dels frares del Temple, entre d’altres la donació de l’usdefruit de Gandesa. El 8 de juliol del mateix any 1248, un nebot d’Elvira de Cervelló, anomenat Lladro, definia en favor de l’orde del Temple els seus drets sobre el castell i la vila de Nonasp. El lloc fou sotscomanda de Miravet. El 1317, com tots els dominis del Temple, el castell de Nonasp passà als hospitalers.
En el seu estat actual, la fortalesa és un gran casal que s’adapta a les característiques del relleu. En el decurs dels anys ha sofert diverses intervencions que han modificat substancialment la seva fisonomia. Bàsicament es tracta d’un castell de la baixa edat mitjana (segles XIV i XV), reformat posteriorment (segle XVIII), amb alguna part potser anterior. L’actual edifici és de planta irregular hexagonal amb dos pisos —la planta baixa i la planta noble—. La planta baixa està dividida en tres compartiments, que tenen finestres disposades de manera irregular; la porta d’entrada és la principal del castell i és oberta a la façana de llevant. Al mig hi ha un aljub cilíndric de pedra que segurament esdevingué un trull en època moderna; al seu costat, en un nivell inferior, hi ha una cambra amb volta de canó obrat, de maçoneria encofrada antiga, que segurament data dels primers temps del castell. L’edifici actual del castell és objecte d’una important restauració per part de les institucions aragoneses.