战国时期沼田氏从属上杉家，该城从属上杉家支配。上杉谦信去世后该城被后北条氏攻取。甲越同盟成立后，按照武田胜赖的命令，当时从属武田氏的真田昌幸受命攻打该城。由昌幸的叔父矢泽赖纲以计策无血开城夺取。武田灭亡后，该城属独立的真田家支配。
历史演变
1532年由沼田显泰建造，作为沼田氏的据点。
之后德川、后北条两家为该城的支配权多次于真田家作战，均败北。
1589年，在丰臣秀吉的裁定下，该城再次属于后北条氏，由猪股邦宪为城代。同年，后北条氏违反惣无事令，猪股邦宪攻取了真田氏的名胡桃城，引发小田原讨伐战。
1590年，小田原战后，后北条氏灭亡，该城再次从属于真田氏，真田昌幸长男真田信幸支配该城。真田信幸入城后对城郭进行了修整。
1600年，关原之战，由于真田信幸从属东军获得战功，得到父亲的封地，与沼田城合并9万5千石上田藩立藩（真田信幸依旧以沼田城为居城）。
1615年，
大阪夏之阵期间，真田信之（信幸）将本据移动到上田城，沼田则交由长男信吉支配。
1622年，信之移封信浓松代13万石，沼田领地依旧作为真田家分领存在。
1638年，信吉去世，嫡子熊之助也很快去世。沼田由信吉次子信利继承。
1658年，本家家督信政去世，家中为继承权引发骚动，结局为骚动主角之一的信利实际上从本家独立，沼田藩成立。
经历
1662年，检地，实际石高为3万（一说6万），却向幕府申报为14万4000石，领民深受苛税之苦。后因信利的暴政，幕府以调达江户建桥木材迟缓为故改易。后为天领，城逐渐废弃，护城河被掩埋。之后本多、黑田（谱代）、土崎氏相继入城立藩，直到幕末。