Nuutajärvi mainitaan ensimmäisen kerran vuonna 1584 Sääksmäen tuomarikunnan Saaren pitäjän käräjillä pidetyssä pöytäkirjassa. Alueelta on löydetty myös merkkejä rautakautisesta asutuksesta.

Kartanon perustamisvuodeksi katsotaan 1606 kun Carl Beck vanhempi saa kuningas Kaarle IX:lta lahjoituskirjan, jossa hän saa läänityksenä muun muassa Nuutajärven kylän, osittain kiitoksena siitä, että oli saattanut turvallisesti joukon tataarikaaneja Viipurista Tukholmaan. Carl Beck nuoremman aikana suku merkittiin Ruotsin ritarihuoneelle nimellä Bäck i Finland. Vuonna 1679 kartanossa syttyy tulipalo talonväen ollessa kirkossa. Viisi rakennusta, mukaanlukien päärakennus, tuhoutuu täysin. Hopea-, kulta- ja tinaesineet, vaatteet ja talousastiat tuhoutuvat.

Kartta Nuutajärven Kartanon alueista vuodelta 1762.

Kartano pysyi Bäckin suvulla aina vuoteen 1753, jolloin Hans Bäck kuoli lapsettomana. Nuutajärvi siirtyi hänen sisarenpojalleen Henrik Agricolalle ja tämän kuoltua sisarelle ja langolle, vanhan hugenottisuvun jälkeläiselle Jacob Wilhelm De Pontille. De Pont sai Ruotsin kauppakollegiolta luvan perustaa Nuutajärvelle lasitehdas vuonna 1793. Hän kuitenkin vetäytyi muutaman vuoden kuluttua liiketoimista ja myi kaiken kapteeni Johan Furuhjelmille. Furuhjelm osallistui niin sanottuun Anjalan liittoon ja tuomittiin kuolemaan, mutta kuningas Kustaa III armahti hänet. Furuhjelm rakennutti nykyisen päärakennuksen vuonna 1822. Arkkitehdin nimi on tuntematon mutta perimätiedon mukaan kartano rakennettiin erittäin tiheäsyisistä hirsistä. Torppareita oli tuohon aikaan 54.

Johan Furuhjelmin poika Otto Wilhelm peri kartanon ja lasitehtaan vuonna 1840, mutta joutui velkojien painostamana myymään sen muutaman vuoden kuluttua, sillä kartano tuotti huonosti. Ostaja oli lääketieteen tohtori Johan Agapetus Törngren, joka asui tuolloin Laukon Kartanossa. Kun tohtori Törngrenin poika, varatuomari Adolf Törngren peri kartanon vuonna 1849, alkoi vauhdikas maa- ja metsätalouden uudistaminen. Hän hankki omistukseensa Helsigissä Hietalahden telakan ja johti monien muiden omistustensa ohella lasitehtaan toimintaa, joka isän aikana oli ollut vuokralaisten hoidossa. Nälkävuosien aikaan 1867 Nuutajäven kartano oli harvoja paikkoja, jotka eivät piitanneet urjalalaisten sopimasta avustuskiellosta. Emännöitsijä Wilhelmina Görner antoi Pohjanmaalta vaeltaneille nälkäisille piimää ja luvan leipoa meijerirakennuksen uunissa pettuleipää: ruis- ja kaurajauhoihin sekoitettiin sammalta ja herneenvarsia. Törngren sai kartanon kukoistamaan, mutta osa liiketoimista epäonnistui ja hän ajautui käteisen puutteessa vararikkoon.

Kauppakirja, jolla Otto Furuhjelm myi kartanon Johan Törngrenille.

Nuutajärvi kaikkine ulkotiloineen ja teollisuuslaitoksineen huutokaupattiin kesäkuussa 1869 Helsingin Seurahuoneella pidetyssä velkojien kokouksessa. Eversti, sittemmin maaherra Torsten Costianderin tarjous, 440000 markkaa, hyväksyttiin, vaikka se oli vasta toiseksi korkein. Huutokaupan meklarina toimi lakimies, sittemmin senaattori Leo Mechelin, joka oli Costianderin velipuoli. Torsten Costiander määräsi heti päärakennuksen kunnostettavaksi: Hän tilasi piirustukset tunnetulta arkkitehdistä Ludvig Isak Lindqvistiltä. Kartanoon liitettiin parvekkeet, ja se sai uudet ikkunakehykset ja -listat. Costiander puuttui pienimpiinkin yksityiskohtiin ja raittiuden edistämiseksi lopetti kartanon olutpanimon toiminnan..

Ludvig Lindqvistin laatimat alkuperäiset julkisivupiirrokset.

Vuonna 1904 Nuutajärven peri Costianderin puoliso Henrietta, joka luovutti tilanhoidon vävylleen, vanhemman tyttärensä Jennyn aviopuolisolle, arkkitehti Harald Neoviukselle. Päärakennuksessa tehtiin joitakin asumistottumusten aiheuttamia muutoksia. Yläkerran makuuhuonesiipeen tehtiin käytävä helpottamaan kulkua huoneesta toiseen, ja ala- ja yläkerroksen hallit saivat jugendtyylisen, kesäisenraikkaan olemuksen. Sekä Costianderit että Neoviukset olivat kansallismielisiä ja kuuluivat Suomen itsenäisyyttä ajaneeseen ruotsinkieliseen salaseuraan. Harald Neovius kuoli äkisti sydänkohtaukseen vuonna 1930. Tämän jälkeen hänen puolisonsa omistautui spiritismille ja tuli tunnetuksi meediona.

Jenny Neoviuksen kuoltua vuonna 1939 kartano jaettiin hänen Alma-sisarensa lasten kesken. Päärakennukseen asettuivat tohtori Einar Brander, hänen puolisonsa Anna Lisa Brander ja heidän tyttärensä Marianne Bergroth (os. Brander). Poika Hans oli kuollut talvisodassa. Sotavuosina kartanoon majoitettiin hetkeksi siirtoväkeä, mutta pitempiaikaisen majapaikan sieltä sai Helsingin yliopiston kanslia. Kanslian henkilökunta, ajoittain rehtorikin, majaili kartanossa syksyyn 1944 asti. Einar Branderin nuorempi veli Torild sai tiluksiin kuuluneen Raikon Kartanon ja perusti sinne Suomen ensimmäisen luonnonsuojelualueen.

Branderit olivat jo 1950-luvulta lähtien asuneet päärakennuksessa vain kesäisin välttääkseen suuret lämmityskustannukset. Kun Marianne Bergroth 1990-luvulla kuoli, muut suvun jäsenet eivät olleet enää lainkaan halukkaita käyttämään päärakennusta. Osa irtaimistosta jaettiin, osa myytiin ja osa jätettiin niille sijoilleen. Nykyisen omistajan Sauli Siekkisen ostettua kartano vuonna 2011 se oli ollut tyhjillään lähes 20 vuotta. Aika kartanossa oli kuin pysähtynyt, ikään kuin edelliset omistajat olisivat vain poistuneet lyhyeksi aikaa. Kaikissa viidessätoista sängyssä olivat vuodevaatteet odottamassa yöpyjiä. Kylpyhuoneissa seisoivat hammasharjat mukeissaan. Kesänvietto olisi voinut alkaa koska tahansa, sillä päivänvarjot ja tennismailat olivat tallella. Lapsille oli leluja, soittotaitoisille nuottivihkoja. Tärkein materiaali olivat kuitenkin sadat valokuvat, kartat, päiväkirjat, kirjeenvaihto ja asiakirjat, jotka todistavat kartanon historiasta.