当斯特灵城堡成为了王室领地住宅的一部分后，于1490年至1600年之间开始了上百年的修建工程。在詹姆斯四世，詹姆斯五世和詹姆斯六世的统治期间，这座城堡更是成为了苏格兰王室最主要的居住地。而在这上百年的修建时间里，三位国王受到英格兰，法兰西和神圣罗马帝国的建筑风格的影响，将三个王国的建筑风格融合到了斯特灵城堡的建筑中，这也反映了斯图尔特王朝的国际野心。
从詹姆斯四世1488年1513在位开始的建筑工程，直到他在弗洛登战役中去世时也尚未完工，他的继任者詹姆斯五世1513年1542年在位在未完工的城堡王室礼拜堂内加冕，并在厄斯金勋爵的监护下在城堡中长大。
詹姆斯五世继续并扩展了他的父亲的建筑计划，修造了城堡的核心苏格兰王室的王宫。在芬纳特的詹姆斯汉密尔顿爵士和法国带来的泥瓦匠的指导下，进行建造工作。不过，令人感到不可思议的是，詹姆斯五世同样在去世前也没有完成对斯特灵城堡的建造工作。
随后，建造城堡的工作由他的遗孀吉斯王后来完成，他们的女儿玛丽斯图亚特苏格兰女王也被带到斯特灵城堡内保护起来。当玛丽女王于1548年被送到法国后，在1550年代即吉