1718 ließ Mecklenburgs Herzog Karl Leopold inmitten des großen Waldgebietes zwischen Rostock und Ribnitz im Flecken Gelbensande eine kleine Schlossanlage errichten. Sie stand bis 1875, wurde dann abgerissen und 1885/87 durch das jetzige Jagdschloss ersetzt. Baumeister war der damals sehr gefragte Gotthilf Ludwig Möckel, der u. a. auch die damaligen Sanierungen am Bad Doberaner Münster leitete.

Bei der Grundsteinlegung zugegen war u. a. der russische Großfürst Michael Nikolajewitsch Romanow, Enkel des Zaren und Schwager des regierenden Mecklenburger Großherzogs Friedrich Franz III. Dieser und seine Frau Anastasia Michailowna verheirateten ihre ältere Tochter Alexandrine mit dem dänischen Kronprinzen Christian X und ihre Tochter Cecilie mit dem Kronprinzen Wilhelm zu Preußen – entsprechend war die illustre Gästeschar zu den sommerlichen Jagdgesellschaften.

Nach dem Ende der Monarchie in Deutschland und der Abdankung des Mecklenburger Großherzogs 1918 diente Gelbensande bis Mitte 1944 als zeitweiser Wohnsitz der Fürstenfamilie. Nach Kriegsende wurde das Anwesen zum Lazarett, später zur Tuberkulose-Heilstätte und Krankenhaus. Von 19180 bis 1985 waren hier Arbeiter des Wohnungsbaukombinats Rostock untergebracht, bis 1990 folgte eine Nutzung u. a. als Bibliothek und Veteranenclub durch die Gemeinde. 1988 begannen erste Sanierungsarbeiten.

Nach der Wende kaufte die Gemeinde Gelbensande das bis dahin volkseigene Schloss. Verschiedene Nutzungskonzepte scheiterten u. a. an der Vorgabe, dass das Gebäude öffentlich zugänglich sein müsse. Seit 1996 finden dort Veranstaltungen statt, und der Verein Museum Jagdschloss Gelbensand e. V. hat in der einstigen großherzoglichen Repräsentationsetage eine Ausstellung eingerichtet. 2008 erfolgte der Verkauf des Schosses an einen örtlichen Bauunternehmer.