Het kasteel Pellenberg behoort tot de oudste bewaarde gebouwen van Machelen en vormt de rechtstreekse voortzetting van de middeleeuwse dorpsburcht waarrond de eerste nederzetting van het dorp tot stand kwam. De oorsprong van deze burcht gaat terug tot de 13de eeuw en houdt nauw verband met het ontstaan van de lokale machtsstructuur en de ontwikkeling van de dorpskern. De aanwezigheid van een versterkte residentie bood bescherming aan de bevolking en fungeerde als bestuurlijk centrum binnen de heerlijkheid.
Tijdens de 16de eeuw werd Machelen, net als grote delen van Brabant, getroffen door de godsdiensttroebelen. In deze woelige periode liepen zowel de dorpsburcht als de nabijgelegen kerk zware schade op. De versterking verloor daarbij grotendeels haar militaire betekenis, wat de overgang inluidde naar een meer residentieel gebruik van het domein. Van de oorspronkelijke burchtstructuren bleven slechts fragmenten behouden, die later werden geïntegreerd in het kasteelcomplex.
Een belangrijk keerpunt in de geschiedenis van het domein volgde in 1792, toen Melchior Jozef de Villegas het volledige goed aankocht. Hij droeg de titel van baron van Pellenberg, een naam die sindsdien met het kasteel verbonden bleef. Onder zijn eigenaarschap kreeg het gebouw een uitgesprokener adellijk karakter, passend bij de status van de familie de Villegas in de late 18de en vroege 19de eeuw. Het kasteel fungeerde voortaan als buitenverblijf en symbool van sociale standing.
In de 20ste eeuw onderging het kasteel opnieuw een belangrijke functiewijziging. Vanaf 1926 werd het ingericht als rustoord en familiepension, wat een ingrijpende aanpassing van het interieur met zich meebracht. In het midden van de 20ste eeuw volgde een verdere herbestemming tot appartementsgebouw, waarbij het historische karakter steeds meer onder druk kwam te staan en het onderhoud van het gebouw te wensen overliet.
Toen het gemeentebestuur van Machelen het kasteel in 1986 aankocht, verkeerde het in een sterk vervallen toestand. Dit vormde echter het begin van een nieuwe fase in zijn bestaan. Tussen 1988 en 1991 werd een grondige restauratie en herinrichting uitgevoerd. Daarbij werd bijzondere aandacht besteed aan het behoud van de oudste kern van het gebouw, bestaande uit het historische woonhuis en de toren. Tegelijk kreeg het complex een eigentijdse architecturale invulling die geïnspireerd was op de Vlaamse renaissance, zodat oud en nieuw op een evenwichtige manier met elkaar werden verzoend.
Op 15 november 1991 werd het gerestaureerde kasteel officieel ingehuldigd als socio-cultureel centrum. Naast ruimtes voor culturele en maatschappelijke activiteiten werd ook de openbare bibliotheek in het gebouw ondergebracht. Daarmee kreeg het kasteel Pellenberg een nieuwe publieke functie en werd het opnieuw een centraal ontmoetingspunt binnen de gemeenschap, in continuïteit met zijn eeuwenoude rol als kern van het dorp Machelen.