慶長9年(1604年)新庄直頼によって築かれた。 新庄氏は摂津国高槻城三万石の領主であったが関ヶ原合戦で西軍に属して改易となり、会津の蒲生秀行に預けられていた。慶長9年(1604年)に徳川家康・秀忠父子に謁見して罪を許され、常陸国行方・河内・新治・真壁・那珂、下野国芳賀・都賀・河内の二カ国八郡に三万三百石を領して大名に復し麻生藩を立藩した。
慶長18年(1613年)家督を継いだ二代藩主新庄直定は、三千石を弟新庄直房に分知し二万七千石となる。三代新庄直好の時に下野国の所領一万石を常陸国に移され、所領は常陸国内にすべて移った。
直好の長男直常は早世し、次男直矩は62歳という高齢で産まれた男子であったため、直好は弟の直時を養子に迎えていた。直好が没すると直矩はわずか三歳であったため、そのまま直時が家督を継いだが、延宝2年(1674年)直時は先代直好の実子直矩が十五歳となって元服したことで、幕府に嘆願して隠居し家督を直矩に譲った。このとき直矩は七千石を直時に分知し二万三百石を領している。
延宝4年(1676年)家督を譲られた新庄直矩がわずか十七歳で嗣子なく急死し、麻生藩は改易となってしまった。しかし幕府は先代の新庄直時に三千石を加増し、一万石の大名として麻生家を継ぐことを許し、これによって六代藩主となった。その後、麻生藩は新庄氏が十五代まで続き明治に至る。
麻生陣屋は現在の麻生小学校の辺りに築かれていた。 現在は遺構はなく、南側の正門の中に案内板が設置されている。陣屋の遺構はないが、麻生藩家老畑家の武家屋敷が陣屋の東側に残っており、「麻生藩家老屋敷記念館」として公開されているようであるが、現在は改修中ということで見学することはできなかった。
麻生陣屋に関しては江戸時代末期と考えられている麻生陣屋絵図が残っており、東に表門、北に裏門があり周囲を土塁が巡っていたようである。