Die 1243 erstmals urkundlich erwähnte Burg lag im Bereich der Grundherrschaft Winden, die mit dem "Bilstein- Thüringer Erbe" rund um die ehemals thüringische Burg Altenwied im frühen 13. Jh. an die Gräfin Mechthild von Sayn gelangt war. Nachdem die Gräfin den größten Teil ihres Erbes dem Erzstift Köln vermacht hatte, gab das Erzstift die Burg Langenau der Niederadelsfamilie von Langenau zu Lehen. Bei dieser Familie handelte es sich um eine Linie eines Laurenburger Burgmannengeschlechtes. Im Laufe der Zeit kam es zur Aufspaltung der Langenauer  in mehrere Linien. Da aufgrund weiblicher Erbfolge auch andere Familien Teilansprüche an der Burg und der Herrschaft erwarben, entwickelte sich die Burg Langenau zu einer Ganerbenburg. In der Mitte des 14. Jh. erbauten die Ganerben eine neue Burg -- Neu- Langenau -- und Kurtrier errichtete eine Trutzburg gegen diese, aber beide Burgen wurden schon bald geschleift.

Nachdem die Familie von Langenau 1613 ausstarb, erlangte der Zweig von Eltz- Langenau alle Teile von Burg und Herrschaft. Durch eine Erbtochter fiel Langenau dann an die Linie von Eltz- Rübenach. 1635 kam Langenau durch Kauf  an die Wolff gen. Metternich von Gracht und 1696 schließlich an die Familie von Marioth aus Lüttich. Diese Familie war durch Eisenerzbergbau im Lahngebiet zu Wohlstand gekommen. Der letzte Marioth verkaufte Langenau im Jahre 1847 an die Gräfin Giech, eine Tochter des preußischen Ministers Freiherr vom und zum Stein aus Nassau / Lahn. Die Gräfin ließ 1851 die Burg als ein "Kranken- und Rettungshaus für verwahrloste Kinder" umnutzen. 1866 war die Burg im Besitz der Gräfin Kielmannsegge, und 1875 berichtete H. Stieler, dass Burg Langenau "Mit ihren Thürmen und Wällen auch äußerlich noch gut conservirt, im Innern wohnlich wieder hergestellt und nur noch landwirthschaftlichen Zwecken dienstbar" sei.

Die weitläufige Burg erhielt im Wesentlichen im 14. und 15. Jh. ihr heutiges Erscheinungsbild. Im 17. Jh. wurden die Wirtschaftsgebäude aus Fachwerk errichtet und 1698 entstand das schlichte Schloß der Familie von Marioth, in dem mittelalterliche Bausubstanz erhalten ist. Bemerkenswert sind im Inneren des Schloßes die Stukkaturen. Von großem wehrbaugeschichtlichem Interesse sind die Schildmauer aus dem 14. Jh. und die Zwingeranlage mit ihren Geschütztürmen.