Reeds in de zevende eeuw wordt melding gemaakt van het domein Beysbroek, dat deel uitmaakte van het Merovingische en later het Karolingische kroondomein Snellegem. Dit uitgestrekte domein speelde een belangrijke rol in het vroegmiddeleeuwse machts- en bestuurslandschap van de regio. In de negende eeuw kwam Beysbroek in handen van Boudewijn I, de eerste graaf van Vlaanderen, waarmee het domein werd geïntegreerd in het grafelijk bezit.
In 1115 werd het domein geschonken aan de Sint-Andriesabdij, die gedurende meerdere eeuwen het beheer over Beysbroek uitoefende. Onder het abdijbestuur werd het gebied voornamelijk agrarisch geëxploiteerd, met een combinatie van bos, akkerland en weidegronden. Deze situatie bleef grotendeels ongewijzigd tot het einde van de achttiende eeuw.
Na de Franse Revolutie werd Beisbroek, net als tal van andere kerkelijke eigendommen, door de staat aangeslagen als nationaal goed. In het kader van de secularisatiepolitiek werden deze goederen openbaar verkocht. In 1798 kwam het domein via een openbare verkoop in handen van ridder Louis van Outryve d’Ydewalle en diens schoonbroer Jacques de l’Espée. Onder hun beheer kreeg het domein een meer rationele inrichting. Een deel van het terrein werd bebost met hakhout en naaldbomen, terwijl de vruchtbare gronden werden ingericht als weide- en akkerland, wat paste binnen de economische exploitatiemodellen van de tijd.
In 1835 liet de Gentse burggraaf Edouard de Nieulant op het domein het huidige kasteel Beisbroek bouwen. De Nieulant was niet alleen schoonzoon van Louis van Outryve d’Ydewalle, maar ook een invloedrijke figuur in het lokale bestuur: hij bekleedde gedurende maar liefst 42 jaar het ambt van burgemeester van Sint-Andries. Het kasteel werd opgetrokken in neoclassicistische stijl, die in de eerste helft van de negentiende eeuw werd beschouwd als een uitdrukking van orde, evenwicht en burgerlijke waardigheid.
Het kasteel ging later over op zijn dochter Valérie en haar echtgenoot Adolphe Otto de Mentock, die eveneens burgemeester van Sint-Andries werd. Het domein bleef nadien in handen van opeenvolgende erfgenamen van de families Otto de Mentock en de Busschere, die het kasteel en het omliggende park bleven bewonen en beheren.
In 1973 verwierf de stad Brugge het domein Beisbroek, dat een oppervlakte van ongeveer 98 hectare beslaat, van de familie de Busschere. Hiermee kwam een einde aan de particuliere eigendomsgeschiedenis van het domein en begon een nieuw hoofdstuk in zijn publieke bestemming.
Sinds 1976 is Beisbroek opengesteld als parkgebied en uitgegroeid tot een belangrijk groen en recreatief gebied voor de Brugse regio. Het kasteel kreeg daarbij een nieuwe functie. Op de bovenverdieping is vandaag Cozmix ondergebracht, het bezoekerscentrum van de Volkssterrenwacht Beisbroek, waarmee het domein niet alleen een landschappelijke en historische, maar ook een educatieve en wetenschappelijke rol vervult.