Zamek w Łucku został zbudowany przez litewskiego księcia Lubarta, który został wysłany na wschodni Wołyńi przez swojego brata, wielkiego księcia litewskiego Giedymina, w 1316 roku jako gubernator. Zamek powstał na miejscu dawnego grodu, który stał na wzgórzu u zbiegu rzek Stir i Mały Głuszec.
Początkowo podczas budowy Lubartów powiększył swoje terytorium w kierunku zachodnim o 4-5 metrów. Łucki zamek miał nieregularny plan, a jego konfiguracja wynikała ze wzniesienia, na którym się znajdował. Wymiana drewnianych ścian zamku na kamienne odbywała się w kilku etapach.
W pierwszym etapie, w latach 1352-1366, zbudowano wieżę bramną o powierzchni 11,5 x 11,5 metra i wysokości 22 metrów z przylegającym do niej pałacem i kamiennym murem. W drugim etapie, w latach 1370-1385, wieża wjazdowa została powiększona o jedną kondygnację, zakończoną ząbkami. Druga wieża stylowa i dwa otwory kamiennego muru również zostały w połowie zbudowane. Trzeci etap budowy zamku w Łucku miał miejsce za panowania wielkiego księcia litewskiego Witolda, który wybrał Łuck na swoją nieoficjalną południową stolicę. W tym okresie zbudowano trzecią kamienną wieżę Władycza o wymiarach 7,5 x 7,5 metra i wysokości 16 metrów oraz ukończono kamienne mury.
W 1429 r. na zamku w Łucku odbył się zjazd europejskich monarchów, na którym omawiano kwestię koronacji Witta i problemy stosunków międzynarodowych. Następnie zamek stał się rezydencją Świdrygiełły, który mieszkał tu aż do swojej śmierci w 1452 roku. W tym samym czasie z jego rozkazu została wzniesiona Wieża Styrowa o wymiarach 9 x 9 metrów i wysokości 20 metrów, a do murów została dobudowana dodatkowa kondygnacja galerii bojowej dla wygody strzelania z broni palnej.
Po tym, jak zamek w Łucku został całkowicie zbudowany z kamienia, przetrwał oblężenia więcej niż jeden raz. Pierwsze z nich miało miejsce zaledwie dwa lata po tym, jak w zamku odbył się zjazd europejskich monarchów. W tym czasie w WKL, po śmierci Witowta, toczyła się wojna o władzę między Świdrygiełłą a Zygmuntem Kiejstutowiczem. Zamek wytrzymał dwutygodniowe oblężenie przez wojska polskie, które stanęły po stronie Zygmunta Kiejstutowicza.
Do połowy XVI wieku terytorium zamku było wystarczająco zabudowane następującymi budynkami: pałac książęcy, domy królewskie, latarnia, kuchnie, puskarnia, więzienie, piwnica, katedra Jana Teologa, łaźnia, dom pański z poddaszem, mała dzwonnica, piwnica i cmentarz.
W XVII wieku zamek w Łucku został ponownie ukończony. Na tym etapie wzniesiono jeszcze jedną dodatkową kondygnację na wieżach Styrowa i Władycza, a także odrestaurowano mury twierdzy między tą ostatnią a wieżą wjazdową. Dodatkowo w zachodniej ścianie dodano otwory do walki wręcz. Chociaż zamek został zrekonstruowany, w tym czasie nie miał już tak ważnej wartości obronnej jak wcześniej.
Do XVIII wieku zamek doświadczył kilku pożarów. Jeden z nich miał miejsce w 1781 roku, kiedy to zamek został odbudowany przez starostę Józefa Klemensa Czartoryskiego. Zamurowano wejście do wieży wjazdowej i wykonano nowe przejście tuż poniżej, przez dawną piwnicę. Przebudowa ta była możliwa dzięki usunięciu części wału przy wieży wjazdowej. Zbudowano również nowy kamienny most ze sklepionym łukiem.
W połowie XIX wieku zamek w Łucku, który w tym czasie był już częścią Imperium Rosyjskiego po rozbiorze Rzeczypospolitej Obojga Narodów, ponownie przetrwał pożar, ale zamiast odbudowy miejscowi mieszkańcy rozrzucili kamienie z murów zamku na materiały budowlane. Ponadto w 1863 r. wydano "najwyższy rozkaz" rozebrania wież i murów zamku na materiały budowlane. Nie było to jednak takie łatwe, nawet po stuleciach wytrzymałość konstrukcji była dość wysoka. Ostatecznie wszystko zostało rozebrane bardzo powoli i tylko część muru w pobliżu wieży wejściowej została zniszczona. Zamek, dzięki swojej sile, stanął ponownie, a rok później pozostawiono go w spokoju, uznając go za zabytek historyczny, który należy zachować. Pod koniec XIX wieku został ponownie odrestaurowany, ale z powodu braku funduszy udało się jedynie zamurować luki w murach i uszczelnić wieżę bramną metalem.
W kolejnym XX wieku zamek w Łucku przetrwał I wojnę światową, a po przyłączeniu Wołynia do Polski, w 1921 roku rozpoczęto prace nad jego odbudową. W tym okresie przed II wojną światową udało się wzmocnić Wieżę Wjazdową i Wieżę Władyczą, wykonać żelbetowe stropy niższych kondygnacji i przykryć Wieżę Styrową.
Po II wojnie światowej Wołyń stał się częścią ZSRR, a w 1963 r. zamek w Łucku został uznany za zabytek architektury, który został objęty ochroną państwa.
W latach 60-tych i 70-tych XX wieku w zamku ponownie rozpoczęto prace konserwatorskie, wzmocniono ścianę między Wieżą Wejściową a Kancelarią, odrestaurowano stropy międzykondygnacyjne i drewniane galerie bojowe na ścianach. Wszystkie utracone elementy zastąpiono nowymi, aby odtworzyć dawny wygląd zamku. W 1985 r. utworzono tu rezerwat historyczno-kulturowy Stary Łuck, który obejmuje teren starego miasta wraz z zamkiem i innymi obiektami.