Das Gasteinertal gehörte bis 1219 den Grafen von Peilstein, die auch als Sighartinger bekannt sind. Unter ihnen dürfte der Felsen am Eingang ins Tal erstmals befestigt worden sein. Nach ihrem Aussterben fiel Gastein durch Kauf an Herzog Ludwig von Bayern.

1248 kam das Landgericht als Pfandbesitz an den Salzburger Erzbischof Eberhard II. Um die Mitte des 13. Jahrhunderts gelangten die Herren von Goldegg in den Besitz des Gasteinertales. Lehensherren waren aber immer noch die bayerischen Herzöge. Ob die Burg Klammstein um 1250 bis 1270 von den Herren von Walchen oder von den Goldeggern erbaut wurde ist ungewiss. Jedenfalls wurde sie bald zum Streitobjekt zwischen den beiden Familien.

1297 wurde das Gasteinertal vom Bistum käuflich erworben. Zwar hatten die Goldegger ein Vorkaufsrecht, doch konnten sie die vom Bayernherzog geforderte Summe nicht aufbringen. Die Bischöfe setzten landesfürstliche Pfleger als Verwalter ein, die auf Klammstein hausten. 1513 überschrieb Erzbischof Leonhard von Keutschach die Burg Sigmund von Keutschach auf Lebenszeit. Als danach die Pfleger nach Hofgastein übersiedelten, wurde die Burg ihrem Schicksal überlassen. 1589 war die Burg bereits verfallen und unbewohnbar. 1760 benützte der Wirt vom Brandstattgut die Ruine als Steinbruch zum Kalkbrennen. 1840 erwarb Thomas Lackner Klammstein die Ruine.

1904 kam es während des Baues der Tauernbahn zu einer Explosion des Sprengstofflagers. Dadurch wurden die noch vorhandenen Mauern weiter zerstört, aber als Steinbruch für den Bahnbau genutzt. Zu einer etappenweisen Sanierung kam es erst ab 1972 als Adolf Ferner die Ruine den Österreichischen Bundesforsten abkaufte. Im Turm sind heute eine Jausenstation sowie Schauräume über die Geschichte von Klammstein eingerichtet.

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