Die Kernburg entstand um 1200 auf einem hohen Felsen zu Zeiten der Normanneneinfälle. 1207 wird die Anlage unter Wilhelm von Hengebach genannt, der als Graf Wilhelm III von Jülich bekannt wird. Im 14. Jahrhundert kam es zum Nachbarstreit mit dem Kölner Erzbischof Konrad von Hochstaden.

1687 kommt es zu einem verheerenden Brand, bei dem der Ort und große Teile der Burg vernichtet werden. Anschließend zerfällt die Anlage. Die Überreste gelangen 1804 in Privatbesitz, nachdem sie unter französischer Verwaltung waren.

1904 kam es zu Sicherungsmaßnahmen und Konservierung der Ruine durch den Burgverein. Die Anlage wird vom Verein bis 1935 verwaltet, bis sie in diesem Jahr an den Kreis Schleiden geht. Kavaliershaus und Palas werden wieder aufgebaut. Ende des Krieges kommt es zu großen Beschädigungen der Burg. 1955 und 1960 widmet man sich dem Wiederaufbau, bei dem die Tortürme, das Torhaus und die Wehrgänge restauriert werden. Bis 1972 gehen die Aufbauarbeiten weiter.

Ab 1979 wurde die Stadt Heimbach Eigentümer und von dieser Zeit ab wurde die Burg restauriert und wieder aufgebaut.

Das Hotel Burghof unterhalb der Burg wurde Anfang des 18. Jahrhunderts erbaut und durch spätere Umbauten mehrfach verändert. Es handelt sich um einen reinen Fachwerkbau der nun, unter Einhaltung von Auflagen der Denkmalbehörde, kernsaniert wird und zum größten Teil in Zukunft die Kunstakademie beherbergt.

Godizo von Aspel-Heimbach war der erste nachweisbare Besitzer der Burg. 1011 vererbte er die Burg dem Grafen Gerhard von Metz. Durch Heirat der Witwe Godizos kam jedoch Gerhard von Monterberg in ihren Besitz. Daraufhin belagerten der Lothringer Gerhard und sein Verbündeter Balderich von Drenthe die Burg, um sie Gerhard von Monterberg wieder zu entreißen. Dieser wurde in einem Hinterhalt getötet und die Burgmannen ergaben sich. Die Burg war 1016 bis 1021 Sitz des im Jahre 1016 aus seinem eigenen Besitztümern vertriebenen Grafen Balderich von Drenthe, der von dort aus Raubzüge unternahm und dort im Jahre 1021 starb.

Wer in den folgenden Jahrzehnten Burgherr von Heimbach war, ist unklar, doch kam sie letztlich wieder an die Nachkommen Godizos. Zwischen 1075 und 1094 wird Ethelger ( Adelger ) von Zülpich, ein Urenkel Godizos, in Urkunden als Herr von Hengebach bezeichnet.

Danach wird zu Beginn des 12. Jahrhunderts Hermann I. von Hengebach erwähnt, sein Sohn Adelgers. Er war der erste Besitzer der Burg, der zur Familie von Hengebach gehörte und war vermutlich Stammvater der Linie Hoen von Heimbach auf Burg Loevenich. Die Linie endete mit dem Tod von Everhard III. um 1237. Die Jülicher und Heimbacher Territorien wurden unter der Herrschaft des Grafen Wilhelm IV. von Jülich vereinigt.

Bis zur Besetzung des Rheinlandes durch französische Revolutionstruppen und der somit verbundenen praktischen Auflösung des Herzogtums Jülich gegen Ende des 18. Jahrhunderts war Burg Hengebach unterbrochen im Besitz der Grafen und späteren Herzöge von Jülich, um nach dem Tod des letzten Herzogs Johann Wilhelm 1609 an dessen Erben die Pfalzgrafen von Pfalz- Neuburg zu fallen.

Die Burg verfiel. Ein Brand im Jahre 1687 machte Burg Heimbach völlig zur Ruine.

Durch die Angliederung des Rheinlandes an Frankreich wurde die Burg Eigentum des französischen Staates, der sie 1804 an die Familie Fraikin aus Heimbach verkaufte. Diese benutzte die Ruine als Steinbruch. Wegen Einsturzgefahr gaben sie die Burg 1904 auf. Es wurde beschlossen, die Anlage völlig dem Erdboden gleich zu machen.

In diesem kritischen Zeitpunkt gründeten Dürener Bürger den “Verein zur Erhaltung der Burgruine Heimbach“ mit Sitz in Düren. Der Verein erwarb die Burg und leitete umfangreiche Sicherheitsmaßnahmen ein. 1935 kaufte der Kreis Schleiden, zu dem die Stadt Heimbach damals gehörte, die Burg. Geplant war, die Anlage völlig zu restaurieren und zum Standort eines Heimatmuseums zu machen. Als die wesentlichen Planungsarbeiten bereits abgeschlossen waren, machte der 2. Weltkrieg wieder alles zunichte.

Da dem Kreis Schleiden nach dem Krieg die Mittel für den Wiederaufbau der Ruine fehlten, wurde die Burg 1952 langfristig an eine Düsseldorfer Brauerei verpachtet, jedoch mit der Auflage, die Anlage wiederherzustellen. Die Brauerei restaurierte die Burg bis 1954 teilweise und betrieb dort ein Restaurant und ein Hotel. 1969 löste der Kreis Schleiden das Pachtverhältnis und begann 1970 mit dem vollständigen Wiederaufbau der Burg.

Nach der kommunalen Neugliederung 1972 setzte der Kreis Düren als neuer Besitzer die Arbeiten fort.

1979 übergab der Kreis Düren die Burg an die Stadt Heimbach.

Im Jahr 2008 wurde die Burg und der Burghof von dem Kölner Investor, André Marcone Projekt Management, erworben und in großen Teilen zur internationalen Kunstakademie umgebaut.