Bereits unter Herzog Eberhard Ludwig sollte in Ludwigsburg ein Theater eingerichtet werden. Bis dahin war es üblich, für Aufführungen vergängliche Dekorationen und Theaterarchitekturen zu nutzen. Verschiedene provisorische Theaterbauten waren nur von kurzer Dauer. Als 1725 die Entscheidung zum Bau des neuen Corps de logis fiel, festigte sich auch der Plan, den östlichen Pavillon als ständigen Inszenierungsort zu nutzen und einzurichten. Ab 1729 wurde mit dem Bau begonnen. Doch mit dem plötzlichen Tod des Herzogs 1733 und der Verlegung der Residenz nach Stuttgart kamen alle Pläne zum erliegen.
Erst unter Herzog Carl Eugen wurde das Projekt wieder in Angriff genommen. Mit seiner Regentschaft begann ein später in ganz Europa beachteter Aufschwung von Hofhaltung, Musik, Theater und Ballett. So war es natürlich unabdingbar, das noch unfertige Schlosstheater zu vollenden. 1758 beauftragte Herzog Carl Eugen den Architekten Phillippe de La Guêpière, in den bereits bestehenden Pavillon ein Bühnen- und Zuschauerhaus einzubauen.
Seine heutige Gestalt erhielt das Schlosstheater zu Anfang des 19. Jahrhunderts. Ab 1811/12 ließ König Friedrich I. von Württemberg den Zuschauerraum durch Hofbaumeister und Architekt Friedrich von Thouret im klassizistischen Stil umgestalten. Die Vorgaben für Thouret waren nicht leicht: Kostengünstig und möglich zügig sollte alles vonstatten gehen – ein vollständig Umbau schied unter diesen Umständen aus. So musste er sich mit den bereits vorhandenen Begebenheiten arrangieren und sich auf wenige, aber effektvolle Veränderungen beschränken. Der glockenförmige Grundriss des Theaters wurde beibehalten und den Innenraum bestimmten weiterhin zwei Pole: die Bühne und die Loge des Fürsten. Um dem antiken Ideal eines Amphitheaters wenigstens etwas näher zu kommen und zumindest eine leichte Staffelung der Ränge zu erreichen, verbreiterte Thouret den ersten Rang. Die zentrale Fürstenloge fügte er in den Verlauf ein und vergrößerte sie zur Königsloge – hervorgehoben durch einen zweigeschossigen Rundbogen und bekrönt mit dem Königswappen.
Blick in den Zuschauerraum des Theaters und zur Königsloge in der Form einer Serliana, die mit dem Königswappen bekrönt ist.
Das gegenüberliegende Bühnenportal erhielt Doppelsäulen und wurde mit Darstellungen antiker Genien und Medaillons verziert. Ganz dem klassizistischen Zeitgeschmack entsprechend bestimmten nun kühle Töne wie Blau, Rosa und Grün die Farbstimmung des Raums und Wände, Brüstungen und Decke waren mit antikisierenden Motiven überzogen. Der prunkvolle, höhenverstellbare Kronleuchter stammt ebenfalls aus dieser Zeit.
Bühnenbild "Roter Gartensaal".
Eine Besonderheit des Ludwigsburger Schlosstheaters ist die von Johann Christian Keim konstruierte Bühnenmaschinerie. Unangetastet von Thourets Umbauten blieb sie fast vollständig erhalten und so kann man bis heute einen sekundenschnellen Kulissenwechsel auf offener Bühne erleben: Solch technisches Raffinement, sinnliche Effekte, wie Regen- und Windmaschinen, ein Donnerschacht und reizvolle Überraschungen waren fester Bestandteil barocker Theateraufführungen.
Bis ins Jahr 1853 wurde das Schlosstheater bespielt, bevor es für hundert Jahre in einen Dornröschenschlaf fiel. Während dieser Ruhephase überdauerten im Dachgeschoss auch die riesenformatigen Kulissen, Hintergrundprospekte und Theatervorhänge, die sich zu sechzehn vollständig erhaltenen Bühnenbildern zusammenstellen lassen.
Mit dem Einzug der Ludwigsburger Schlossfestspiele 1954 wurde das Theater zu neuem Leben erweckt und für weitere 30 Jahre bespielt.
1992 wurde von der Landesregierung eine umfassende Instandsetzung beschlossen. Nach einer sechsjährigen Restaurierungszeit ist das Ludwigsburger Schlosstheater seit 1998 wieder funktionsfähig und bespielbar und dem interessierten Publikum auch im Rahmen von Führungen zugänglich. Es ist Europas ältestes Schlosstheater mit funktionstüchtiger Bühnentechnik.