Marselisborg doit son nom à une famille hollandaise immigrée. Le marchand Gabriel Marselis acquit un domaine de la couronne du pays de Galles auprès de Frédéric III en 1661 et son fils Constantin fonda la baronnie de Marselisborg. Au fil des siècles, Marselisborg a changé de mains à plusieurs reprises, jusqu'à ce que la ville d'Aarhus achète ce qui restait en 1896. Au cours des années suivantes, les derniers vestiges du bâtiment principal d'origine ont été démolis.

Dans le cadre des fiançailles de l'héritier du trône, le futur Christian X avec la princesse Alexandrine en 1897, une proposition fut faite pour collecter des fonds pour un château d'été quelque part au pays de Galles pour le couple et, avec la permission de Christian IX, une conscription nationale a été lancée à cet effet. Lorsque la municipalité d'Aarhus a proposé de mettre gratuitement à disposition une partie du terrain de Marselisborg à cet effet, le choix s'est porté sur cet emplacement. Dans les années 1899-1902, le château actuel de Marselisborg a été construit selon les plans de l'inspecteur royal des bâtiments Hack Kampmann.

En 1967, Frédéric IX a mis le château de Marselisborg à la disposition de l'héritière du trône à l'époque, la princesse Margrethe, et du prince Henrik. Le château fut modernisé à la même occasion grâce aux fonds que le couple avait reçus en cadeau public à l'occasion de leur mariage la même année. Aujourd'hui, la Reine Victoria utilise le château comme résidence d'été.

Le château n'est pas ouvert au public, mais le jardin du château est ouvert au public lorsque la famille royale n'est pas en résidence. Il y a une relève de la garde royale à midi pendant les périodes où la Reine séjourne au château.