Keskajal Tartut Tallinnaga ühendanud läänepoolsel teel (praeguse maantee eelkäijal) oli Paide ja Tartu vahel tõsine loodslik takistus - Põltsamaa jõgi. Alam- ja ülemjooksul ei olnud seda soise ümbruse tõttu võimalik ületada. Vaid jõe keskjooks praeguse Põltsamaa ümbruses läbis kuivemaid alasid ja sinna sai seetõttu rajada aastaringselt kasutatava tee. Kui Põltsamaa ümbruse alad 13. sajandi algul ordule läksid, otsustas viimane seetõttu ehitada jõeületuskohta linnuse.

Ordulinnus valmis algsel kujul 1272. aastal. Tollal kandis ta saksakeelset nime Oberpahlen ning hakkas toimima foogtkonna keskusena.Saksakeelne nimi tulenes Pala jõe nimest, mida Pärnu jõkke suunduv Navesti jõgi kandis muinas- ja keskajal. Viljandi ning Vana-Liivimaa keskuse Riia poolt liikudes paiknes linnus ju tõepoolest teisel pool Pala ehk Navesti jõge. Eesti keeles tuntakse hilisemale linnale aluse pannud kohta Põltsamaa nime all.

Algne linnus oli ruudukujuline kastell küljepikkusega veidi üle saja meetri. Kastelli ümber kaevati Põltsamaa jõega ühenduses olevad vallikraavid, mis vesiveski ning ta paisu rajamisega täitusid ka veega. Kastelli müüride algne kõrgus oli kolm meetrit, peagi kõrgendati seda aga viie meetrini. Väravad paiknesid linnuse kagu-, edela- ja loodetiivas, nende ees olid arvatavasti ülestõstetavad sillad. Tallinnast Tartusse reisija pidi keskajal linnusehoovi läbima — linnuse loodepoolsest väravast kulges tee Tallinna, kagupoolsest aga Tartu suunas.

14. sajandi täiustati linnust esimest korda. Kastelli idanurka lisati tollal ruudukujuline sisehooviga konvendihoone ehk pealinnus. 38-meetrise küljepikkusega konvendihoone oli kolmekorruseline ehitis, mille läänenurgas asus viiekorruseline torn. Konvendihoone esimesel korrusel paiknesid majandusruumid. Linnuse peakorruseks oli tellistest ristroidvõlvidega kaetud teine korrus, kus asusid kõik olulisemad eluruumid, kolmas korrus oli madal kaitsekorrus.

Konvendihoone väikesesse sisehoovi pääses kastellist konvendihoone edelaseina keskosas asunud kaarava kaudu. Hoone edelakülg oli kujundatud esindusliku fassaadina, mis oli laotud tellistest ning kaunistatud gooti stiilis terav- ja kolmikkaarsete petikniððidega. 15. sajandil sai kastelli ringmüür oma lõpliku, ligikaudu 11-meetrise kõrguse. Selle nurkadesse lisati ka väikesed tornid. 16. sajandil rajati linnuse kaguküljele lisaks veel kolmekorruseline paksude seintega suurtükitorn, mis oli suure linnusega ühendatud ca 25 meetri pikkuste külgmüüride kaudu.

Liivi sõjas, mil kõik ümberkaudsed linnused, mõisad ja muud ehitised purustati ja rüüstati, jäi Põltsamaa suhteliselt terveks. 1558. aastal Vene vägede kätte langenud linnusel oli kaheksa aastat au olla Liivimaa kuningriigi pealinn. Nimelt meelitasid Vene väed enda poolele Taani kuninga Frederik II venna, Holsteini hertsog Magnuse. Magnus oli Eestisse saabunud 1560. aastal ning tema kaitsele lootsid orduaegse Liivimaa kokkuvarisemise järel paljud kohalikud aadlikud.

1570. aasta kevadel käis Magnus Vene tsaari Ivan Julma kutsel Moskvas. Sealt naastes kuulutas tsaar ta Liivimaa kuningaks, andes selleks loodud Liivimaa kuningriigile kõik Liivimaal (sh Eestis) vallutatud alad. Nimelt lootsid venelased neile alluva Liivimaa kuningriigi loomisega ning Magnuse selle etteotsa seadmisega meelitada sakslasi - eelkõige aadlikuid - enda poole. Ka Tallinna piiramine Vene vägede poolt toimus 1570. aastal vormiliselt hertsog Magnuse juhtimisel.

Vastse Liivimaa kuninga hertsog Magnuse residentsiks valiti Põltsamaa linnus. See oli venelaste käes olevatest linnustest üks tervemini säilinuid, paiknedes samas ka küllaltki Liivimaa südames. Magnus teenis venelasi kuni 1577. aastani, mil ta nende kavalad kavatsused lõplikult läbi nägi ning Kuramaale Piltenisse reisides end Poola alluvusse andis.

Põltsamaale jäänud Magnuse kaaskondlased andsid 1578. aasta veebruaris vabatahtlikult rootslastele alla. Rootslaste kätte ei jäänud Põltsamaa aga kuigi kauaks. Viie kuu pärast — 15. juulil 1578 — piirasid väikesearvulise Rootsi sõjaväega mehitatud Põltsamaad ülekaalukad Vene väed, kes selle üsna pea ka vallutasid. Venelaste kätte jäi Põltsamaa kuni 1582. aastani, mil ta loovutas selle koos Lõuna-Eestiga rahulepingu põhjal Poolale. Poola-Rootsi sõdade tulemusena siirdus Põltsamaa aga 1621 aastal Rootsi alluvusse. Liivi sõjas üsna tervelt pääsenud linnus sai tollal arvatavasti tugevamaid purustusi.

Rootsi kuningas Gustav II Adolf kinkis keskaegse linnuse koos ümbrusega 1623. aastal Hermann von Wrangelile. Sellega hakkas vana linnus elama uut elu mõisakeskusena (saksa k Schloß Oberpahlen ). Hermann von Wrangell ehitas varemed ümber esinduslikuks renessansslossiks. Hoone ehitati kõrgemaks, selle kitsad aknad raiuti laiemaks ning varustati renessansilike kolmnurkfrontoonidega. Jõepoolsesse idakülge rajati ka uus paraadne peasissekäik, mis on säilinud tänini. 1620-30tel aastatel kohandati linnuse vana suurtükitorn koos vahe-ehitisega kirikuks. Nii sündis Eesti üks omapärasemaid kirikuid.

Kõik nimetatud ehitised põletati taas maha Põhjasõjas, mil Põltsamaad rüüstati kaks korda — 1703. ja 1707. aastal. Peale Põhjasõda kinkis Vene tsaar Peeter I Põltsamaa Heinrich von Fickile. Tema järglased jagasid mõisa kaheks, eraldades Vana-Põltsamaas mõisast Uue-Põltsamaa mõisa, mille keskus kerkis teisele poole jõge, vastu keskaegset linnust.

Vana linnus jäi varemetesse kuni 1750te aastateni, mil selle omandas abielusidemete kaudu mõisa Johann Woldemar von Lauw. Ta taastas renessansslossiks ümber ehitatud konvendihoone varemed esindusliku barokklossina. Kui välismüürides ning akende-uste paigutuses säilitas ta 17. sajandi alguses loodu, siis interjöörid kujundas ta rikkalikus, võib öelda et lausa külluslikus rokokoostiilis. Enamik neist oli kuulsa stukimeistri Johann Michael Graffi kätetöö, kelle käe all olid varem valminud Rundales (Ruhenthal) asunud Kuramaa hertsogilossi esindusruumid. Samaaegselt lossi taastamisega rekonstrueeriti 18. sajandi keskpaigas ka teised keskaegse linnuse hoovi jäänud ehitised.

Lisaks lossi taastajana on Johann Woldemar von Lauw tuntud ka kui alevi ja tööstuse edendaja. Tema ajal asutati Põltsamaa lähedale Kuningamäele trükikoda. Lisaks rajas ta ka vasekoja, nahaparkimiskoja, kalevivabriku, tärklisevabriku, portselanivabriku ning klaasi- ja peeglivabriku. Enamik neid ettevõtteid tegutsesid küll väga lühiajaliselt, kuid nad taastasid Põhjasõjas hävinud alevi.

1794. aastal ostis Vana-Põltsamaa mõisa Vene keisrinna Katariina II oma Grigori Orloviga sündinud abieluvälise poja Aleksei Bobrinski jaoks. Kaua aega püüti Venemaa ametlikus ajaloos tema sündi varjata. Peterburi kõrgkihti kuulunud Aleksei Bobrinski saadeti Eestimaale "asumisele" oma kõlvatu eluviisi pärast, mida ta oli nii Peterburis kui ka Pariisis harrastanud. Tal olid lisaks aga ka teistsugused harrastused: ta tundis huvi astronoomia, mineraloogia ja muude loodusteaduste vastu. Ta oli endale kogunud üsna hinnalise ja haruldase raamatukogu, mille hulk teoseid on kaasajal jõudnud mitmete Eesti raamatukogude harulduste osakondadesse. Bobrinski ajal kohandati Põltsamaa lossitorn observatooriumiks, kuhu paigutati väike teleskoop. Hiljem siirdus mõis perekonnasidemete kaudu vürst Gagarini suguvõsale. Mõisa viimaseks omanikuks enne 1919. aasta võõrandamist oli vürst Nikolai Gagarin.

Põltsamaa loss koos enamiku linnaga põles taas varemeteks Teises maailmasõjas 14. juulil 1941. aastal. Muuhulgas hävisid siis ka lossi hinnalised rokokoointerjöörid ning kirik koos sisustusega.

Esimesena taastati kirik, mis pühitseti 9. novembril 1952. aastal. Kirikutorn valmis 1969. Ülejäänud lossi- ja linnuseansambli taastamist alustati 1970tel aastatel. Praeguseks on taastatud mitmeid kõrvalhooneid ning korrastatud keskaegne linnusehoov, mis on muudetud vabaõhuürituste toimumise paigaks. Keskaegsest konvendihoonest ümber ehitatud barokkloss on aga senini varemeis, kuigi 2001 alustati konserveerimistöödega.

Kontakt (muuseum lossihoovis): http://www.hot.ee/poltsamaamuuseum/, turism@poltsamaa.ee, tel 775 1390, 529 3307.