Esmateated Saku mõisast (saksa k Sack) pärinevad 1489. aastast. Tollal ei asunud mõisasüda arvatavasti praeguses paigas, vaid Kajamaa külas paar kilomeetrit lõuna pool. 16. sajandil kuulus mõis nii Tödwenitele kui ka Mecksidele.

17. sajandil kuulus Saku von Scharenbergidele, kelle maavalduste keskusena oli esinduslikult välja ehitatud Sausti mõis. Tollal toodi mõis tõenäoliselt ka oma praegusse asupaika. Saku mõis oli 17. sajandil kasutusel Sausti majandusmõisana, kus härrasrahvas ei elanud ning mis ei olnud esinduslikult välja ehitatud.

18. sajandi alguspoolel oli mõis lühikest aega nii von Hastferite, von Schulmannidele kui ka von Hueckide omanduses. 1765. aastal ostis mõisa Otto Magnus von Rehbinder, kelle perekonna kätte jäi mõis enam kui pooleks sajandiks.

Otto Magnuse poeg, Paul Eduard von Rehbinder lasi 1820tel aastatel Sakule ehitada kõrgklassitsistliku esindusliku mõisahoone, mis on Eestis omalaadsetest üks kaunimaid.

Hoone fassaadi ehib nelja sambaga rikkaliku dekooriga portikus ja kolmeosalised nn veneetsia aknad. Hoonele on omane Eesti kohta küllaltki rikkaliku dekoori kasutamine. Sama stiil kordub ka interjöörides - seal on kauneimad ruumid esinduslik klassitsistlik saal ning sammastega vestibüül. Tagafassaad kordab detailides peafassaadi, olles viimasest küll veidi tagasihoidlikum. Interjööre rikastavad 19. sajandi lõpu maalingud.

1905. aasta põletamistelaine järel on Saku mõis Riisipere mõisa kõrval Eesti luksusliku ja dekooririkka kõrgklassitsistliku mõisahoone üks paremaid näiteid. Temaga vormikõnes sarnased Valtu ja Järvakandi mõisahooned tollal hävisid või muutusid varemeiks.

Mõisahoonet ümbritseb suur park. Arvukad kõrvalhooned, mis on tänaseks praktiliselt hävinud, paiknesid nii pargi servades kui ka teisel pool Vääna jõge praeguse õlletehase territooriumil. Mõisa peamine ühendustee oli kolme ja poole kilomeetri pikkune itta Tallinn-Pärnu maanteele viiv looklev teelõik. Kummatigi ei olnud alleeks kujundatud mitte see tee, vaid Sakust edelasse Üksnurme mõisa viiv pea noolsirge tee kahe kilomeetri ulatuses. Pool sellest alleest ehk ühe kilomeetri jagu on alles täninigi.

Rahalistesse raskustesse sattunud Paul Eduard von Rehbinder müüs 1843. aastal mõisa von Patkulitele, 1850. aastal siirdus mõis aga von Baggehufwudtide aadliperekonna omandusse. Valerian von Baggehufwudt laiendas Karl Eduard von Rehbinderi poolt 1820 rajatud väikese õllekoja suureks tehaseks, mis töötab Eesti suurima õlletehasena mõisa naabruses tänini. Kaasajal peetakse õlletehase asutajaks küll Karl Eduard von Rehbinderit, kuigi tööstuslik õlletootmine käivitus alles von Baggehufwudtide ajal.

Von Baggehufwudtidelt võõrandatud mõisahoones alustas 1920tel aastatel tegevust kodumajanduskool, millest hiljem kasvas välja Saku tehnikum. Alates 1960. aastast tegutses mõisas Eesti Maaviljeluse Instituut, viimase kolimise järel uude hoonesse aga Saku vallavalitsus. 1960-80tel aastatel on hoonet vaheaegadega mitmeid kordi põhjalikult restaureeritud.

2002. aastal võeti ette järjekordsed restaureerimistööd, mille tulemusena avati 2003 mõisahoones hotell ja konverentsikeskus.

Saku mõisakeskus on kaasajal kasvanud vägagi suure Saku aleviku sisse, mis paikneb mõisasüdamest peamiselt põhja ja lääne pool. Seetõttu ei ole alles ka kõrvalhooneid ega aimata nende omaaaegset planeeringut.

Ajaloolise jaotuse järgi Harjumaale Keila kihelkonda kuulunud mõis jääb kaasajal Harjumaale Saku valla territooriumile.