Palača je bila med letoma 1593 in 1598 na pobudo Carla Zengrafa, tajnika provincijskega sveta, ki je bil na željo nadvojvode Ferdinanda leta 1594 povzdignjen v plemiški stan, zgrajena izključno za obrambne namene. Takrat je stala tik na obrobju Gorice, na območju, ki je bilo pozneje poimenovano Graffenberth ali Grofinperch, nazadnje pa Grafenberg, kot izhaja iz katastrskih zapisov iz 18. in 19. stoletja. Zasnoval jo je vojaški arhitekt Giulio Cesare Baldigara, ki je deloval zlasti na Madžarskem in v Transilvaniji ter je med letoma 1591 in 1596 v Gorici vodil gradnjo kapucinskega samostana. Rigorozen arhitekturni slog palače je spominjal bolj na nekakšno utrdbo kot na harmoničen in eleganten videz beneških vil.
Leta 1614, z izumrtjem družine Zengraf, je rezidenca prešla v last grofov Strassoldo iz Furlanije, ki so jo prenovili v gosposko hišo arhitekturnega videza, podobnega današnjemu. Leta 1643 je bila nasproti palače zgrajena družinska kapelica, ki je bila s palačo povezana z dvema ložama. Med 17. stoletjem in začetkom 19. stoletja sta bila na robu posesti zgrajena konjušnica in ob kapelici pisarniški prostor, v katerem so danes uradi Fundacije Palače Coronini Cronberg.
Vse nepremičnine in pravice do sodne pristojnosti, ki so pripadale družini Grafenberg, je 7. oktobra 1820 odkupil grof Mihael Coronini Cronberg (1793–1876). V naslednjih letih se je Mihael Coronini posvetil prenovi palače, ki ji je pred enim od prednjih delov iz 16. stoletja dal prizidati krilo. Ko se je oktobra 1836 francoski kralj v izgnanstvu, Karel X. iz rodbine Bourbon, odločil, da se s svojim spremstvom preseli v Gorico, je za svojo rezidenco izbral prav dom družine Coronini. Njegovo bivanje v palači je bilo kratko in tragično, saj je kralj manj kot mesec po prihodu zbolel za kolero in v nekaj dneh umrl. Pokopan je v bližnjem samostanu Kostanjevica.
Stavba vse do zadnjih desetletij 19. stoletja ni bila bistveno prenovljena, potem pa je Alfred Coronini (1846–1920), nečak grofa Mihaela Coroninija, v okolici palače uredil vrt v angleškem slogu, v katerega je dal postaviti kipe in arhitekturne elemente. Popravila škode, ki jo je na stavbi povzročilo bombardiranje med prvo svetovno vojno, se je moral lotiti njegov sin Karel. V letih med vojnama je bila palača oddana v najem. Bila je sedež poveljstva italijanske voske, ki ga je po 8. septembru 1943 po zasedbi Gorice prevzela nemška vojska. Pozneje je bila palača sedež jugoslovanskega partizanskega poveljstva in nato zavezniške vojske. Na začetku petdesetih let minulega stoletja je znova prešla v last družine Coronini, ki se je vanjo preselila in si jo uredila kot glavno rezidenco. Ker ni bilo neposrednih dedičev in da bi se izognili razdelitvi premoženja, sta zadnja potomca rodbine, grof Viljem (1905–1990) in njegova sestra Nikoleta (1896–1984), družinsko rezidenco želela preurediti v muzej in prepustiti v upravljanje fundaciji. Njuna želja, ki sta jo jasno izrazila vsak v svoji oporoki, se je uresničila po Viljemovi smrti na Dunaju 13. septembra 1990.
