Die ursprüngliche Burg entstand wohl etwa in der Mitte des 12. Jahrhunderts als Sitz der Herren von Sandersdorf. Im 14. und 15. Jahrhundert waren zeitweise die Forchheimer, die Wieland, die Kemnater und die Rindsmaul Besitzer der Burg. 1420 wurde die Anlage im Krieg zwischen Herzog Heinrich von Bayern-Landshut und Herzog Ludwig dem Bärtigen von Bayern-Ingolstadt durch Herzog Heinrich gebrandschatzt.
1425 verliehen die bayerischen Herzöge Sandersdorf an die Herren von Muggenthal, die das Schloss über 200 Jahre behielten. Als das Schloss im Dreißigjährigen Krieg zerstört wurde, bauten die Muggenthaler es wieder auf; die Grundanlage des heutigen Schlosses stammt aus dieser Zeit. Kurz nach dem Wiederaufbau veräußerten die Muggenthaler um 1646 das Schloß an Wolfgang Unverzagt Freiherr von Roy. Nach dessen Konkurs erwarb 1650 Johann Jakob Lossius den Besitz. 1675 erbte ihn sein Neffe, der Ingolstädter Professor der Rechte Dominikus von Bassus, der im Spanischen Erbfolgekrieg 1703 eine Verwüstung des Schlosses miterleben mußte.
Thomas de Bassus war Förderer des 1763 im nahen Mendorf geborenen Komponist Johann Simon Mayr. Sowohl der Komponist als auch Thomas de Bassus waren führende Mitglieder der Illuminaten. Der der Aufklärung verpflichtete Illuminatenorden wurde 1776 von Adam Weishaupt, Professor an der Bayerischen Landesuniversität in Ingolstadt, gegründet.
1787 ließ der Bayerische Kurfürst das Schloss durchsuchen, um das „Illuminatennest“ auszuräuchern. Um 1900 wurde das Schloss dann nach den Plänen des Münchner Architekten Gabriel von Seidl grundlegend saniert und umgebaut. 2008 verkaufte Baronin de Bassus ihren großflächigen Waldbesitz mitsamt dem Schloss Sandersdorf an den Wittelsbacher Ausgleichsfonds. Seit 2022 ist das Schloss Eigentum von Dr. Horst-Florian Jaeck, der es sanieren und im Rahmen von Veranstaltungen zeitweise für ein interessiertes Publikum öffnen will.
