Vestenthal wird erstmals 1254 erwähnt. Damals schenkte Otto von Steyr sein Gut „in valle“ dem Kloster Gleink. Er hatte es aber zuvor an Conrad von Ritzenwinkel verlehnt, so dass dieser auf sein Lehen verzichten musste, was er auch tat. Allerdings hatte er den Hof als Afterlehen an den Gleinker Mönch, Otto Pistor, weitergegeben. Dieser musste zuerst entschädigt werden. Die Herren von Ritzenwinkel wurden nun Gefolgsleute des Klosters. Sie dürften im Tal eine Veste errichtet haben, die später Vestenthal genannt wurde. Wie eine Eintragung im Lehenbuch der Grafen von Schaumberg beweist, gehörte der Ansitz 1447 diesem Geschlecht.

Um die Mitte des 16. Jahrhunderts gelangte Vestenthal an die Familie Flußhardt. Ihre Mitglieder saßen hier über 100 Jahre lang. Unter ihnen wurde der bescheidene Wehrbau gegen Ende des 16. Jahrhunderts in ein Renaissance-Wasserschloss umgebaut. 1662 verkaufte die Erbtochter des Paul Christoph Flußhardt die Herrschaft an den Freiherrn Johann Gottfried von Klamm.

Die folgenden Besitzer waren Wolf Maximilian Händl von Ramingdorf (1676), Gottfried Heckelberger von Hohenegg (1682) und Maria Magdalena Gräfin Auersperg (1687). In der ersten Hälfte des 18. Jahrhunderts gehörte das Schloss der Familie Pernauer von Pernegg. 1756 wurde es an Anton Schmiedtauer von Oberwallsee verkauft. Die nächsten Schlossherren waren 1809 Franz Mauchhardt und 1819 Julius Graf Gilleis. Es folgte die Herrschaft Gleink des Oberennsischen Religionsfonds.

Unter der Familie Volpini de Maestri wurde das Schloss 1906 durch den späteren Wiener Dombaumeister Karl Holey im neugotischen und neubarocken Stil erneuert. Es folgten 1910 Bürgermeister Josef Durringer und dann die Familie Heiligmann. Der derzeitige Schlossbesitzer Willibald Backfrieder ließ 1994/95 das Gebäude aufwändig restaurieren und den lange Zeit trockenen Schlossgraben wieder mit Wasser füllen.