Das Renaissance-Schloss wurde erbaut in den Jahren 1588 bis 1598. Herzog Philipp Ludwig beschloss in den 1580er Jahren diesen Umbau der Burg. Es war als Witwensitz für seine Gemahlin Anna gedacht, eine geborene Herzogin von Jülich, Kleve und Berg.
Planung und Ausführung lagen in den Händen von Hofbaumeister Sigmund Doctor, als Oberaufsicht, und Baumeister Gilg Vältin, Roveredo. Bei letzterem handelt es sich um einen beachtenswerten Meister aus Graubünden mit starkem Einfluss auf das künstlerische Schaffen im süddeutschen Raum in der späten Renaissance- und frühen Barockzeit. Als Schreiner arbeitete u.a. Lienhart Gastel, Höchstädt, am Schloss.
Zunächst erfolgte der Abbruch der mittelalterlichen Burg. Der Bergfried wurde in den Hauptturm des Schlosses umgewandelt, um diesen wurde die viereckige Anlage des Baukomplexes gruppiert, sie sollte nur Wohnzwecken dienen.
Beim Baumaterial handelt es sich u.a. um Quader aus Faimingen vom dortigen Römerkastell und vom Steinbruch aus Wittislingen.
Das Schloss liegt am Ostende der Stadt an der Spitze eines Geländesporns am Hochufer des Donautals. Der Schlosshügel ist vom Vorgelände durch einen breiten, sichelförmigen Halsgraben abgetrennt. An der Stelle der vormaligen Zugbrücke befindet sich heute ein Damm. Früher waren die beiden Türme links und rechts vom ehemaligen Bergfried Ansatzpunkte der Stadtmauer. Die Vierflügelanlage hat einen regelmäßigen, quadratischen Grundriß, welcher einen Baublock von schlichter Größe ergibt.

Turm Schloss Höchstädt
Das Schloss besitzt vier runde Ecktürme mit Kegeldächern und einen in Mitte der Front einbezogenen Burgfried.
Das große Rundbogenportal zeigt Flachreliefs, die Frauengestalten mit Posaunen und Blumenvasen darstellen. Säulenpaare flankieren das Tor, im Segmentgiebel zeigen sich die Wappen des Bauherrns.
Eine Torhalle mit kassettiertem Tonnengewölbe führt zum Hof, vormals war sie mit Sgrafittomalereien (vgl. Ottheinrichsbau in Neuburg) versehen.
Vier fast gleiche Flügel umschließen den geräumigen Hof; in den Hofecken befinden sich zwei polygonale Treppentürme, über den Zugängen finden sich wieder die Allianzwappen des Bauherrn.
Steinerne, runde Wendeltreppen mit verzierten Sockeln der Spindel und der Jahreszahl 1594 führen zu den Obergeschossen. Ein Zeitgenosse berichtet, dass das Schloss zu Wohnzeiten Herzogin Annas 28 Stuben und weitere Kammern umfasste; alle Decken, Türgerichte, Betten waren Holzpflegearbeiten. Die Öfen seien kunstvolle, erhabene Töpferarbeit mit allerlei Arbeiten, auch mit Gold angelaufen.
1594 erhält das Schloss zwei Glocken, später wird eine der Glocken in die Augustinerkirche nach Lauingen verbracht. Sie trägt Namen und Wappen des Stifters Pfalzgraf Philipp Ludwig. Die Inschrift auf der erhaltenen Glocke lautet: „DAS WORT GOTES BLIPT IN EWIGKAIT IOHANES AM 16. CAPITEL“.

Schloss Höchstädt
Von 1616 bis 1632 war das Schloss der Witwensitz Herzogin Annas von Jülich-Kleve. Ihr feierlicher Einzug ins Schloss fand am 3. Oktober 1616 statt. Seit Ende des 20. Jh.s nahm der Freistaat Bayern umfangreiche Sanierungsarbeiten vor, u.a. die Erneuerung der Kassettendecke des Rittersaals (1847 in den Landtag nach München verbracht, 1944 durch Bombenangriff zerstört).
Jetzt beherbergt das Schloss die Dauerausstellung „Brennpunkt Europas 1704“, sowie eine Dokumentation der Schlossgeschichte. Vom Bezirk Schwaben und dem Kulturforum der Stadt Höchstädt werden wechselnde Sonderaustellungen ausgerichtet. Architektonisch zählt Schloss Höchstädt zu den bedeutendsten Schlössern der Renaissance in Bayern.