Отель в замковом стиле появился на мысе Диамант неслучайно, ведь на месте этого грандиозного здания и примыкающей к нему Террасы Дафферин несколькими веками ранее были сооружены два настоящих замка – Сен-Луи и Халдиманд. История предшественников Шато Фронтенак началась в 1620 году, когда на вершине холма над рекой Святого Лаврентия по приказу основателя Квебека, Самюэля де Шамплена был возведен форт. Спустя некоторое время форт был преобразован в замок и назван Сен-Луи в честь французского короля Людовика XIII. В замке Сен-Луи с середины 17 века располагалось правительство французской колонии Новая Франция, в связи с чем были предприняты меры укрепления замка. В этот период были выстроены четыре бастиона, а деревянный частокол заменен на массивную каменную стену.

В 1690 году губернатор Новой Франции, выдающийся военачальник Луи де Бюад де Фронтенак, в честь которого впоследствии назовут гранд-отель, значительно укрепил замок орудиями и новыми бастионами, используя принципы военного архитектора и инженера Себастьена де Вобана. На протяжении нескольких лет Луи де Фронтенаку удавалось отразить немало атак англичан и индейцев из племени ирокезов, но сам замок требовал безотлагательного ремонта. В 1694 году в замке Сен-Луи началась масштабная перестройка, которая из-за финансовых неурядиц длилась много лет, и требовала значительных вливаний из французской казны.

В 1760 году, после победы англичан в битве при Сент-Фуа замок Сен-Луи стал выполнять функции резиденции английских властей в провинции Квебек, но вскоре недостаточно просторный замок решили заменить новым строением. В 1784 году по приказу губернатора Фредерика Халдиманда началось строительство нового замка, который получил имя в честь губернатора. Возродить замок Сен-Луи в начале 19 века пытался губернатор Джеймс Генри Крейг, при котором здание было перестроено в палладианском стиле. Но уже в 1834 году обновленный замок был уничтожен пожаром и на его руинах была выстроена деревянная терраса Дарем на набережной реки Святого Лаврентия, которая после расширения в 1878 году стала называться Терраса Дафферин в честь тогдашнего генерал-губернатора Канады.

Замок Халдиманд, завершенный в 1786 году, более восьми десятилетий являлся административным зданием правительственных властей и Законодательного собрания провинции Канада. После 1866 года часть замка была отдана Университету Лаваля, а в 1892 году начался снос замка, на месте которого вскоре появились первые строения отеля Шато Фронтенак. Предпосылкой к появлению в Квебеке грандиозного отеля стали две причины: во-первых, город уже давно нуждался в большом и респектабельном отеле, и, во-вторых, Канадская тихоокеанская железная дорога задумала план возведения вдоль пути следования поездов целой сети элегантных отелей, которые могли бы привлечь состоятельных путешественников.

Первоначальный проект отеля в замковом стиле был представлен в 1890 году Эжен-Этьеном Таше, тем самым архитектором, который создал здание Национального собрания в Квебеке. Шато Фронтенак, к строительству которого приступили в 1892 году, стал первым в череде прекрасных отелей, созданных по желанию Канадской железной дороги. Архитектором отеля был выбран американец Брюс Прайс, который с большим воодушевлением отнесся к проекту Таше, внесся в него небольшие изменения. В 1893 году было завершено первое крыло замка-отеля, окна которого имели прекрасный вид на реку. Требовательная публика сполна оценила роскошное убранство отеля и его необычный вид, напоминающий французские замки, и к Шато Фронтенак пришел оглушительный успех.

Строительство всего комплекса отеля происходило в несколько этапов: в 1899 году появилось крыло Цитадель, названное в честь крепости Квебека; в 1909 году было выстроено крыло Мон-Кармель; в 1920-24 годах к отелю были добавлены крыло Сен-Луис и Центральная башня, над которыми работали братья архитекторы Эдвард и Уильям Сазерленд Максвелл. В 1926 году в Шато Фронтенак проводились работы по восстановлению интерьеров, пострадавших от пожара. В 1981 году прекрасное здание Шато Фронтенак внесли в список Национальных исторических мест Канады, что возродило интерес к замку-отелю. В 1993 году было открыто крыло Клод Пратте, оснащенное современными атрибутами комфортного отдыха – бассейном, фитнес-центром и открытой террасой.