Im Jahr 1275 wurde durch Günther den IX, Graf von Schwarzburg, das 1267 in Saalfeld gestiftete Zisterzienser-Nonnenkloster nach Stadtilm verlegt. Das Gebäude hat seit dieser Zeit einen häufigen Nutzungswandel durchlebt. Aus der Zeit der Nutzung als Kloster sind die sogenannte Krypta, (ein hochgotischer Kreuzgewölberaum, heutige Bibliothek) und eine Kelleranlage mit Steinofen-Luftheizung erhalten.
Eine Sandsteintafel im Foyer des Rathauses erinnert an die Weihe vom 26. März 1287: „Im Jahr des Herrn 1287 am 26. März ist eingeweiht dieses Haus des Herrn, zur Ehre der ruhmreichen, heiligen Jungfrau Maria und des heiligen Nicolaus und nicht minder des ehrwürdigen Vaters Benedictus welchem hier die Klosterinsassen durch Nacheiferung folgen! Christus, angenehm sei dir der Ort und wert des Lobes.“
Im Jahr 1492 wurde das Kloster durch einen Brand teilweise zerstört. Der nachfolgende Wiederauf- und Umbau erstreckte sich bis ins 16. Jahrhundert. 1533 wurde das Kloster durch den schwarzburgisch-arnstädtischen Grafen Heinrich XXXII säkularisiert und ab diesem Zeitpunkt als gräfliches Kammergut bewirtschaftet. Im Jahr 1612 kam es unter den drei regierenden schwarzburgisch-rudolstädtischen Grafenbrüdern zu einer Aufteilung der Güter und Einnahmen der Grafschaft. Der jüngste der Brüder, Albrecht Günther (1582-1634), bekam die Liegenschaften des Kammergutes Stadtilm zuerkannt. Das vorhandenen Gebäude des ehemaligen Nonnenklosters sollte ab diesem Zeitpunkt als Residenz für Albrecht Günther dienen. Nachweislich wurden ab 1612 Beiträge für Bauarbeiten an Albrecht Günthers Schloss von der Kammerkasse Rudolstadt ausbezahlt. Mit den damaligen Bauarbeiten erhielt das heutige Rathaus seine jetzige bauliche Gestalt.
Die im Jahr 1735 geweihte Schlosskapelle diente ab dem 01.08.1780 neun Jahre für jegliche Gottesdienste und kirchliche Handlungen. 1811 kauft die Stadt das Schloss um kurz darauf an einen Privatbesitzer weiter zu veräußern. Ein Teile des Schlosses wurde als Gasthof verpachtet bzw. als Lager- und Wirtschaftsräume genutzt. 1897 kam es am 13. Oktober zu einem Brand. Dabei wurde das Dachgeschoss, die Kapelle und die Hauben des Turmes zerstört.
Ein kleines 1902 gegründetes Museum befindet sich im Ostflügel. Am 13.10.1897 brannte das Schloss erneut. Schließlich wurde die wieder aufgebaute Ruine am 01. Januar 1918 durch die damalige Stadtverwaltung erworben. Mit diesem Ereignis kam es zu der Umgestaltung zum Rathaus. Seit 1968 befindet sich das Stadtwappenrelief über dem Haupteingang.
Im Rathaus befindet sich heute die Stadtbibliothek, das Stadtarchiv, die Begegnungsstätte und die Stadtverwaltung.