Die vierteilige Burganlage mit romanischem Kern war ein wichtiges Bollwerk zur Verteidigung gegen die Böhmen. Die Burg wird bereits 1177 erstmals urkundlich erwähnt und dürfte in den Jahrzehnten davor errichtet worden sein.
In der Burgkapelle hat sich eine einheitliche malerische Ausstattung erhalten, die um 1180 entstanden sein dürfte. Dabei handelt es sich um den ersten Fund einer Monumentalmalerei aus dem 12. Jahrhundert in Niederösterreich. Die Fresken zeigen ein interessantes christologisches Programm: In der Apsis erscheint Christus als Pantokrator (= Beherrscher der Welt) in der Mandorla, flankiert von Cherubim. Im Gewölbe umgeben die Symbole der vier Evangelisten das Lamm mit dem Kreuzesstab, welches seit dem frühen Christentum Symbol für Christus ist. Weitere Darstellungen sind dem Einzug Christi in Jerusalem, der Auferstehung, den drei Frauen am Grab und Christus in der Vorhölle gewidmet. Das ikonografische Programm ist nicht nur in Österreich, sondern auch darüber hinaus in dieser Zusammenstellung einzigartig. Dem gesamten Kompositionssystem liegt ein streng geometrisches Konzept zugrunde. Die ursprünglich kräftige Farbigkeit kommt nur in einzelnen Teilen noch unmittelbar zur Wirkung.
Ottenstein wurde 1530 bis 1536 erweitert und in der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts (ab 1679) barock umgebaut. Die romantisierende Erneuerung 1867/78 mit Kegel- und Zeltdächern, rot-weiß-roten Fensterläden und giebelgekrönten Dachlinien verlieh Ottenstein das Aussehen einer romantischen "Bilderbuch-Burg".