Sandholts oprindelse er ikke helt klar, men gården opstod formentlig som en landbrugsbedrift under Arreskov Gods i 1200-tallet. Navnet Santholte optræder første gang i 1423 og betyder sandet skov. Sant = sand og holt(e) = mindre skov. På dette tidspunkt ejedes Sandholt af Krummedige-slægten.
I sidste halvdel af 1400-tallet ejede slægten Bille en del af Sandholt. I perioden omkring 1500 havde Poul Laxmand part i Sandholt. Han var rigshofmester og blev i 1502 myrdet foran Københavns Rådhus. Efter dette mord overgik ejerskabet for en kort periode til Kronen og kong Hans skænkede herefter Laxmands andel til Torben Bille. Torben Bille blev således eneejer af Sandholt i 1502 og gjorde Sandholt til en herregård og byggede et nyt borghus. Hans datter giftede sig med Jacob Hardenberg, som byggede en ny østfløj med portgennemkørsel.
Midt i 1500-tallet overtog Erik Rud – svigersøn til Jacob Hardenberg – Sandholt. Et slægtled senere overtog Erik Ruds søn Knud Rud gården, som nedbrændte i 1590. I årene herefter blev Sandholt genrejst – nu som firfløjet renæssanceanlæg med fire ottekantede tårne og gyldne spir – det hele omgivet af voldgrave. Knud Rud giftede sig i 1607 med Ellen Marsvin. Hun overtog gården i 1611, hvor Knud Rud døde. Rudfamilien nægtede imidlertid Knud Ruds enke adgang til Sandholt, og i 1623 tabte hun en retssag til Knud Ruds bror, Corfitz Rud, som ejerskabet overgik til. Ligeledes måtte hun betale en klækkelig bøde for at have forhugget skovene samt fjernet alt udsmykning på Sandholt. Ellen Marsvin ejede på samme tid bl. a. Vallø på Sjælland, Nørlund Slot, Rosenvold og Ellensborg – i dag Holckenhavn, hvortil hun bragte værdierne fra Sandholt. Hun ejede også øerne Tåsinge og Thurø. Ellen Marsvin blev som 17 årig i 1589 gift 1. gang med Ludvig Munk til Nørlund og Lundegård og blev i dette ægteskab moder til Kirsten Munk. Kirsten Munk blev i 1615 gift med kong Christian 4.. At være svigermoder til Christian 4., fik stor betydning for Ellen Marsvin som ivrig godssamler, idet kongen overdrog hende forvaltningen af hustruens og børnenes økonomi.
Corfitz Ruds ejerskab overgik til hans enke Birgitte Rosensparre og senere til deres tre døtre. Midt i 1600-tallet overtog svigersønnen Niels Trolle Sandholt – og senere igen hans søn Corfitz Trolle. I Trollernes tid lagde svenskerne godset øde og adskillige ejere forsøgte sig. I 1718 afstod en stærkt forgældet ejer således ejendommen til Københavns Universitet.
I 1723 solgtes Sandholt til Hans Nobel, som oprettede stamhuset Sandholt. Hans enke Martha Nobel overtog stamhuset i 1732. I 1770 opbyggedes en ny avlsgård og i 1788 blev slottet ombygget, så det nu fremstod med to hjørnetårne, en stor frontspids mod øst med dobbelt port. Der opførtes tillige tre nye fløje. Således ændrede slottet og gården i det hele taget karakter.
Hans Nobel Nøragger overtog godset i 1807 og efter ham hans barnebarn Nicoline Nobel von Sperling i 1866. Nicoline Nobel von Sperling døde ugift i 1917. Axel Lund, som var en fjern slægtning, arvede godset og drev det med forpagtere frem til 1939. Således var Sandholt i Nobel-familiens eje i mere end 200 år.
Lensafløsningen i 1919 gjorde, at Axel Lund i 1923 måtte afgive 148 ha af de ellers 570 ha til staten sammen med en klækkelig afgift. Det forhenværende stamhus solgte Axel Lund i 1939 til E. M. Clausen, godsejer på Hvedholm. Denne ejer bortsolgte i perioden 1939 -40 møbler og øvrigt inventar, og i 1942 blev slottet og en del af avlsbygningerne udlejet til civilforsvaret. Denne lejekontrakt blev opsagt i 1969, hvor civilforsvaret flyttede til Det gamle sygehus i Middelfart.
I 1946 erhvervede Johan Henrik Kirketerp-Møller Sandholt – nu med et jordtilliggende på ca. 350 ha. Efter hans død i 1958 ejedes Sandholt indtil 1970 af hans enke Else Margrethe Kirketerp-Møller. I 1970 overtog hendes søn Mogens Kirketerp-Møller godset. Sandholt slot har været ubeboet siden 1917 – bortset fra perioden med civilforsvaret i 1942-1969. Med det formål at finde en rentabel anvendelse af den store ubeboede bygning undersøgte Mogens Kirketerp-Møller mulighederne for restaurering, modernisering og anvendelse af slottet. Dette resulterede i en gennemgående restaurering i perioden 1980-2000. Mogens Kirketerp-Møller tilkøbte ligeledes nabogårdene Søndergård og Engbækgård.
Susanne Kirketerp-Møller, datter af Mogens Kirketerp-Møller overtog delvist Sandholt i 2002 – resten i 2013.
