Die Ritter von Freundberg errichteten um das Jahr 1350 den Urbau der Festungsanlage. Auf einem Felsen errichtet, führt eine 150 Stufen lange Treppe zur Anlage.
Die Burg Stein bildete ein Glied im Festungsbogen, der aus Matzen, Lichtwehr, Schintlburg, Stein, Niederbreitenbach und Tierberg bestand. Doch die Burg und das umliegende Gebiet kamen bereits 1369 an den bayrischen Herzog, als das Tiroler Unterland zu Bayern kam. Dort blieb sie bis 1448 und ging dann in den Besitz der Herren von Ebbs.
1470 errichteten die Herrn von Ebbs eine geräumige Schlosskapelle und stellten ein Marienstatue in ihrem Inneren auf. 1587 kaufte ein Freiherr con Schlurff die Anlage und wollte scheinbar die Statue nach Bayern bringen lassen, diese kam jedoch der Legende nach ohne menschlichen Zutuns wieder zurück an ihren Platz.
Nach diesem Ereignis wurde die Kapelle zu einem Wallfahrtszentrum ausgebaut und ab 1600 kann Mariastein als zweitwichtigster Marienwallfahrtsort nach Georgenberg bezeichnet werden.
1835 kam die Burg nach verschiedenen Besitzern an das Erzbistum Salzburg, das bis heute den Besitz innehat.
1914 gelobte das 2. Tiroler Landsturmregiment jährliche Wallfahrten nach Mariastein. Seit dieser Zeit ist die Schlosskapelle auch Ziel von Soldatenwallfahrten.
Es handelt sich um einen fünfeckigen Wohnturm, dessen untere vier Geschosse noch aus dieser Zeit stammen. Der 3. und 4. Stock stammt aus der Zeit um 1590 und wurden unter Karl von Schlurff errichtet. Dazu kommt ein Treppenturm mit quadratischem Grundriss, ein Spitzdach und ein Glockenturm, wobei bei diesem Türmchen auch der untere Teil aus der ersten Bauphase stammt. Um 1550 wurde um den Urbau ein Wohntrakt und ein einfaches Torhaus errichtet.. Am Tor wurde eine Skulptur eines Armes mit einem Schwert angebracht, welches auf das Asylrecht hindeutet, welches die Burg innehatte. So konnten sich sogar Totschläger innerhalb der Mauern vor Verfolgung sicher fühlen.

Den Prunkraum innerhalb der Anlage bildet der Fürstensaal mit seiner Ende des 16. Jahrhunderts errichteten Kassettendecke. Dieser befindet sich im Wohntrakt.

In der untersten Etage des Turmes wurde das Verließ eingerichtet. Es wurde aus dem Stein gemeißelt und ist mit einem gotischen Gewölbe aus der ersten Bauphase ausgestattet .Das nächste Stockwerk beherbergt den Rittersaal, der heute als Museum dient:
Es werden dort vor allem Reste des einstigen Kirchenschatzes der Schlosskapelle ausgestellt. Das berühmteste Objekt der Ausstellung stellt der Erzherzogshut und das Zepter Ferdinands II. dar, welche vom Landesfürsten Maximilian dem Deutschmeister gestiftet wurden. Die ältesten Mirakelbilder der Wallfahrt runden die Ausstellung ab.

Im dritten Stock findet sich die Beicht oder Kreuzkapelle mit Kassettendecke , Beichtstühlen und Chorgestühl.

Im vierten Stock schließlich befindet sich die Gnadenkapelle mit dem Standbild der Madonna, dem Zentrum vieler Wallfahrten aus dem Jahr 1470. 1682-85 wurde dieser Raum neu gestaltet, wobei die ursprüngliche Ausstattung verloren ging. Das Gitter mit reicher Arabeskenornamentik stammt aus dem Jahr 1696.

Im Glockenturm befindet sich eine Glocke von 1587, welche in der berühmten Giesserei Büchsenhausen von Hans Christoph Löffler gegossen wurde. Eine weitere von 1543 hatte der Vater von Hans Christop, Gregor Löffler, gegossen.