Le premier seigneur de Lucheux connu est Beaudoin Ier " Bras de Fer ", comte de Flandre et gendre du roi Charles II le Chauve (823-877). Il fait édifier, sur une motte artificielle, une première tour en bois.

Hugues II de Campdavesnes, comte de Saint-Pol et seigneur de Lucheux, fait bâtir sur la motte castrale, vers 1120, un donjon carré en pierre (le château est mentionné en 1147). Son arrière-arrière petit-fils, Hugues IV, de retour de la 3ème croisade en 1192, fait construire le long de l'enceinte des mâchicoulis en arc plein cintre sur contreforts (d'inspiration orientale).

Au milieu du XIIIe siècle, la famille de Châtillon (entrée en possession de Lucheux par mariage en 1196) fait réaliser de grands travaux. Guy III, grand bouteiller du roi Louis IX, transforme le donjon carré en une tour circulaire flanquée de quatre tours d'angles et construit la grande salle ainsi que la chapelle (vers 1275). Pendant la guerre de Cent Ans, le château accueille les troupes des seigneurs picards qui interviennent sur les champs de bataille du Ponthieu. Après le conflit, le comte de Saint Pol - Louis Ier de Luxembourg - y reçoit en 1462 le duc de Bourgogne Charles le Téméraire et le roi Louis XI, deux ans plus tard.

Avec l'annexion de l'Artois, en 1477, Lucheux devient un poste fortifié sur la frontière Nord du royaume de France. Au siècle suivant, le château va être aux avant-postes de la lutte entre les rois de France (François Ier, Henri II) et Charles Quint, maître du Saint-Empire Germanique (Charles Quint), et ses alliés anglais et espagnols. Il subit les assauts des Anglais et des impériaux en 1522, des Bourguignons en 1552, des protestants en 1567. Le dernier siège se déroule en 1594-1595, sous Henri IV, lorsque les soldats espagnols d'Hernando Teillo de Porto Carrer ravagent une nouvelle fois Lucheux (la porte du bourg et le corps de logis seront incendiés). Démantelé sur ordre de Richelieu en 1640, le château subit son dernier épisode guerrier soixante-huit ans plus tard, lorsque les troupes du duc de Marlborough le détruisent une ultime fois (guerre de succession d'Espagne opposant la France de Louis XIV, alliée à l'Espagne, à la coalition Grande-Bretagne, Provinces Unies et Saint-Empire Germanique).