Das spätere Schloss Frederiksborg geht auf einen Gutshof des Mittelalters zurück, der 1275 das erste Mal schriftlich erwähnt wurde. 1560 erwarb der dänische König Friedrich II. das ehemalige Herrenhaus Hillerødsholm und die angrenzenden Ländereien. Er ließ das Herrenhaus zu einem Jagdsitz erweitern, ein Neubau kam zu seiner Zeit noch nicht zur Ausführung, und ein ursprünglich für Frederiksborg gearbeitetes Portal gelangte als Geschenk in das jütländische Schloss Voergaard. Friedrich II. hielt sich gerne auf Hillerød auf. Sein Sohn, der spätere König Christian IV., wurde 1577 dort geboren.

Das heutige Schloss entstand unter Christian IV. Er gilt als einer der baufreudigsten Fürsten seiner Zeit in Nordeuropa: Durch die Einnahmen aus dem Sundzoll standen ihm umfangreiche finanzielle Mittel zur Verfügung, die unter anderem auch den Bau der Schlösser von Glückstadt, Rosenborg und Halmstad ermöglichten. Sein größtes Schloss ließ der König in Hillerød errichten. Er ließ den alten Jagdsitz dort abtragen und auf drei kleinen Inseln im Frederiksborgsee das neue Schloss mit dem Namen seines Vaters durch den Baumeister Hans van Steenwinkel erbauen.

Seit Christian V. wurden alle dänischen Könige des Hauses Oldenburg (mit Ausnahme von Christian VII.) in der Frederiksborger Schlosskapelle gesalbt. Auch die Hochzeiten der königlichen Familie finden üblicherweise dort statt. Entlang der Galerien sind die Wappenschilde der Träger des Dannebrog-Ordens und des Elefanten-Ordens zu sehen. Einmalig ist auch die in Ebenholz, Elfenbein und Silber gearbeitete Orgel von Esaias Compenius aus dem Jahr 1610. Vermutlich die älteste originale und funktionsfähige Orgel Europas.

Im Rittersaal des Schlosses wurde 1720 mit dem Frieden von Frederiksborg zwischen Dänemark und Schweden der Große Nordische Krieg beendet. In der Nacht vom 16. auf den 17. Dezember 1859 brach im Schloss ein Feuer aus, das die Einrichtung im Hauptgebäude zerstörte. Nach dem Großbrand wurde Frederiksborg mit finanzieller Unterstützung des dänischen Industriellen Jacob Christian Jacobsen nach Plänen des Architekten Ferdinand Meldahl vollständig wiederhergestellt. 1878 gelang Carl Jacobson die Einrichtung eines Nationalhistorischen Museums. In etwa 60 Räumen werden Gemälde und Einrichtungsgegenstände aller Epochen gezeigt, die aus Schlössern und Herrenhäusern in ganz Dänemark zusammengetragen wurden.