La maison de Saxe-Gotha remonte au duc Ernest Ier dit « le Pieux » (1601-1675), fils cadet du duc Jean II de Saxe-Weimar, qui fut premier duc de Saxe-Gotha après un partage successoral en 1640. En 1672, la lignée de Saxe-Altenbourg s'éteint avec la mort du duc Frédéric-Guillaume III et ses biens passent pour l'essentiel à Ernest Ier de Saxe-Gotha – ainsi est née le duché de Saxe-Gotha-Altenbourg.
Après la mort d'Ernest Ier, en 1675, ses sept fils se partagent son héritage, et l'aîné, Frédéric Ier (1646-1691), retient les villes de Gotha et d'Altenbourg, devenant le premier véritable duc de Saxe-Gotha-Altenbourg résidant au château de Friedenstein. Son duché comprenait les trois régions non contiguës de Gotha, d'Altenbourg et de Kahla, ainsi que des enclaves plus petites.
Les biens du duché de Saxe-Eisenberg créé en 1680 pour Christian, fils cadet d'Ernest Ier, retournent après sa mort sans héritier en 1707 à la Saxe-Gotha-Altenbourg.
Les trois duchés ernestins de Saxe-Cobourg et Gotha, de Saxe-Altenbourg et de Saxe-Meiningen, aux côtés du grand-duché de Saxe-Weimar-Eisenach, devinrent des États confédérés de l'Empire allemand jusqu'en 1918. En 1920, tous les anciens duchés saxons, devenus États libres, furent incorporés dans le Land de Thuringe.
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