Nel 1441 Francesco Porto seniore eredita dal padre e dallo zio un cospicuo patrimonio fondiario, in gran parte concentrato a Thiene, Marano e Malo –dove già nel ‘300 i Porto avevano acquistato molti terreni– per cui inizia verso il 1450 la costruzione di questo edificio.
Francesco Porto juniore (1472-1554, nipote del fondatore) commissiona lavori di ingrandimento (la sopraelevazione del piano granaio), l'abbellimento del giardino con labirinto, fontana e statue (di cui rimane il ricordo solo nei documenti), la realizzazione degli scaloni in pietra e la decorazione delle facciate (di tradizione veneziana) con grandi cavalli e medaglioni raffiguranti imperatori romani.
Francesco sarà nominato dal doge Gritti (1532) Generale Collaterale, carica affidata a persona di provata fede con compiti amministrativi rivolti ad assoldare le truppe, sovrintendere al loro acquartieramento e provvedere al loro pagamento.
Francesco Porto juniore è fondamentale per la storia del castello: nel 1541 stila un fidecommesso in cui –non avendo figli– designa il primogenito maschio, fra le linee discendenti dai suoi fratelli, cui spetta l'eredità del palazzo e la proprietà non alienabile dei beni “Thiene” ottenuti per via ereditaria.
Il progetto complessivo di trasformazione rinascimentale è proseguito dal nipote Giovanni (primo erede nella gerarchia) con il pozzo del Palladio (1554) e gli affreschi del camerone (circa 1570) e concluso da Giovanni Battista (unico maschio di Giovanni) che realizzerà la cedraia e la grotta con peschiera nel giardino (1580), opera di Cristoforo Sorte.
All’inizio del XVIII sono eseguite –su progetto di Francesco Muttoni in collaborazione con la celebre bottega di scultura dei Marinali– le scuderie, rarissimo esempio di sfarzo e razionalità.
Alla fine del ‘700 viene trasformata l’ala sinistra del portico al piano terra dove si trovavano dei locali di servizio (cucina, lavanderia, forno, ecc.) collegate con la "fattoria" dove si svolgevano le funzioni amministrative della proprietà: demoliti i muri divisori sono state realizzate due sale di rappresentanza fra cui una affrescata con "la caduta di Fetonte".
Orazio Porto (1729-1816) nomina erede il pronipote Orazio Guardino Colleoni con il vincolo di risiedere a Vicenza e associare il cognome Porto al proprio. I Colleoni-Porto sono proprietari del castello per tre generazioni. Ad un iniziale periodo di disinteresse, segue un vasto programma di rinnovamento degli arredi e la trasformazione dei giardini. Guardino, ultimo della linea, muore nel 1918 senza figli e indica quale erede suo cugino Antonio Thiene.
Più di cinquecento anni di vita –trascorsi in trasformazioni, adeguamenti, ampliamenti e manutenzione– hanno modificato l'assetto originario generando una stratificazione di funzioni, di materiali, di arredamento e decorazioni di grande interesse, con una continua evoluzione, tuttora ben lontana dall'essere compiutamente svelata.
Il Castello, ormai simbolo della città di Thiene, è tutt’ora un edificio privato custodito con passione dagli attuali proprietari Conti di Thiene che si impegnano nella valorizzazione di questo vasto complesso monumentale per renderlo sempre più fruibile allo studioso, al visitatore, o al semplice curioso.