Le prime notizie relative alla fortificazione del luogo in cui sorge il castello di Issogne risalgono all'anno 1151, quando una bolla di papa Eugenio III documenta la presenza di un dominio del vescovo di Aosta in Issogne. In realtà sullo stesso sito già dal I secolo a.C. era esistito un edificio romano, di cui si conservano i muri perimetrali di alcuni vani nel sottosuolo delle cantine dell'attuale castello.
Nel 1255 la casaforte di Issogne è ancora sotto il controllo ecclesiastico, ed infatti in quest'anno l'allora vescovo di Aosta, Pierre di Pra, concede un regolamento di giustizia per la regolamentazione dei suoi rapporti con la comunità e della convivenza tra gli abitanti dei territori del suo dominio. Ma questo non è sufficiente per garantire che la pace regni nei domini del vescovo, ed infatti tra il 1280 e il 1350 circa un aspro conflitto contrappone al vescovo i signori di Verrès, fino all'evento clou dell'incendio appiccato ala casaforte, che comporterà gravi danni alla struttura. Come risultato di tutto ciò il vescovo di Aosta nel 1379 infeuda della giurisdizione di Issogne Ibleto di Challant, che era signore di Verrès per aver acquisito i territorio degli omonimi signori.
Ibleto tra la fine del XIV e l'inizio del XV secolo inizia la costruzione di una casaforte in luogo della casaforte vescovile, dando vita ad una struttura complessa di torri e corpi di fabbrica di forme e dimensioni differenti, il tutto racchiuso da una cinta muraria; pare che il complesso, più che un castello fosse una elegante dimora improntata ai dettami del gotico cortese -o internazionale- che si sviluppò proprio tra la metà del '300 e la metà del '400.
Ibleto muore nel 1409 e nel 1424 il figlio François di Challant, del ramo di Ville-Challand e Montjovet e signore di Issogne, ottiene dal duca di Savoia il titolo di primo conte di Issogne. Alla sua morte, nel 1442, avendo egli solo tre figlie femmine si genera una lotta per la successione che si conclude nel 1456 con la vittoria di Jacques del ramo di Aymavilles, che diviene così il secondo conte di Issogne (ricordiamo en passant che non era ammessa la successione ereditaria per linea femminile).
Verso il 1480, sotto il dominio di Louis di Challant, figlio di Jacques, iniziano i lavori di sistemazione del castello, e tra i graffiti del castello troviamo la testimonianza dei lavori in atto in una cantina (1489 Jan Devalupe / a fait la cave de ce / chateaus pour / 20 florin ).
Nel 1487 muore Louis di Challant lasciando i due giovani figli Philibert e Charles, di cui sono nominati tutori il priore Giorgio di Challant-Varey -cugino di Louis- e della vedova Marguerite de la Chambre. In questo periodo i lavori al castello procedono con grande fervore, tanto che l'anno 1494, secondo le notizie riportate dai Computa Priorati Sancti Ursi, è quello in cui i lavori svolti al castello di Issogne raggiungono il loro massimo sviluppo; quando Giorgio di Challant muore, nel 1509, i lavori sono ormai terminati e il signore del castello è Philibert, che lo abita insieme alla moglie Louise d'Aarberg e al figlio René. È proprio sotto il dominio di René di Challant, che nel 1528 prenderà in sposa Manzia di Braganza, che il castello assume definitivamente l'aspetto di una corte ricca e raffinata, con tutti gli arredi, le suppellettili e le stoffe preziose descritte nell'inventario redatto nel 1565 dopo la morte di René.
Nello stesso anno 1565 i nobili Madruzzo, della famiglia dei prìncipi e dei vescovi di Trento, subentrano a René di Challant in virtù del matrimonio tra Giovanni Federico di Madruzzo e Isabella di Challant, figlia di René. Questo fatto scatena le ire dei cugini maschi di Isabelle, che si oppongono alla inusitata successione per linea femminile e danno luogo ad un contenzioso che avrà termine solo nel 1696. Nel contempo la discendenza Madruzzo si esaurisce nel 1658 con la morte di Carlo Emanuele vescovo di Trento e l'eredità, contesa da più parti, spetta infine ad Henry de Lenoncourt; ed anche la dinastia di Lenoncourt termina a breve, nel 1693, con la morte di Charles-Joseph-Louis, e i possessi legati al titolo di conte di Issogne passano alla sorella Cristina Maurizia del Carretto di Balestrina.
Ma come abbiamo accennato poc'anzi, il 1696 vede finalmente la fine del processo, durato 131 anni, che ha contrapposto i discendenti dei Madruzzo e dei cugini di Isabella di Challant: il contenzioso è vinto da questi ultimi, per cui i del Carretto di Balestrina devono restituire l'eredità del conte René ai baroni di Challant-Châtillon.
Un secolo più tardi, nel 1796, muore François Maurice, l'ultimo conte di Challant, e poiché il figlioletto Jules-Hyacinthe morirà nel 1802 in tenera età, la discendenza si esaurisce ed inizia un periodo di decadenza, segnato innanzitutto da una Guardia Nazionale che nel 1800 sottrae arredi e suppellettili.
Dal 1841, con la morte di Gabriella di Canalis di Cumiana, vedova di François Maurice di Challant, il castello passa al suo secondo marito, il conte Amédée-Louis Passerin d'Entrèves.
Nel 1862 il castello di Issogne, ormai privo dei diritti signorili, viene acquistato, insieme a quello di Verrès, da Alexandre Gaspard di Châtillon, che aliena una parte degli arredi originari e cede il castello, nel 1869, al barone Marius de Vautheleret, ingegnere francese impegnato nello studio del collegamento ferroviario tra Aosta ed Ivrea; ma questi fallisce e nel 1872 il castello è messo all'asta ed acquistato dal pittore torinese Vittorio Avondo, che si impegna nel restauro architettonico del castello e nel riallestimento degli interni con arredi originari o con copie appositamente commissionate.
Nel 1907 Avondo, riservandosene l'usufrutto, dona il castello di Issogne allo stato italiano, che ne diviene proprietario a tutti gli effetti alla morte di Avondo, il 9 dicembre del 1910.
Nel 1935 il ministro dell'Istruzione Nazionale Cesare Maria De Vecchi promuove degli interventi di restauro che comportano pesanti ridipinture degli affreschi degli oratori e della cappella. Nel 1948, a seguito dell'approvazione dello statuto speciale della Regione Valle d'Aosta, il castello di Issogne diviene proprietà regionale. Nel biennio 1996-1998 gli interni del castello vengono riallestiti secondo l'assetto voluto da Vittorio Avondo, ricostruito in base a foto d'epoca e agli inventari redatti nel 1907 e nel 1911; vengono anche attuati interventi di restauro e manutenzione di arredi e di suppellettili, e di alcuni elementi architettonici, e insieme vengono studiati impianti tecnici rispondenti alle vigenti normative di sicurezza, nonché un impianto di illuminazione volto alla valorizzazione degli ambienti. Nel contempo viene dato il via al complesso rilievo geometrico dell'albero della fontana: attualmente nella corte è ancora presente la fontana originaria, che però dovrà essere sostituito da una copia per consentirne il restauro. Non è ancora chiaro se, una volta terminato l'intervento di restauro, l'albero originale sarà conservato in museo ad Aosta o se sarà riportato ad Issogne.