Auf den Grundmauern der einstigen Weißenfelser Burg wurde in den Jahren 1660 bis 1694 die Residenz der Weißenfelser Herzöge „Schloss Neu-Augustusburg“ in Form einer monumentalen Dreiflügelanlage erbaut. Das Schloss diente bis 1746 als Residenz der kursächsischen Nebenlinie Sachsen-Weißenfels und entwickelte sich schnell zu einer kulturellen Hochburg.

Johann Beer fungierte am Weißenfelser Hof als herzoglicher Konzertmeister, während Johann Phillip Krieger die Stelle des Hofkapellmeisters innehatte. Leibarzt des Weißenfelser Herzogs Johann Adolf I. war ein gewisser Georg Händel, der seinen siebenjährigen Sohn eines Tages mit nach Weißenfels nahm. Der kleine Georg Friedrich Händel spielte im Beisein des Herzogs so beeindruckend an der Schlosskirchenorgel, dass dieser den Vater überzeugte, eine musikalische Bildung für den Sohn vorzusehen.

Somit gilt Weißenfels als Entdeckungsort von Georg Friedrich Händel. Auch ein weiterer Künstler von Weltrang steht mit dem Weißenfelser Schloss in Verbindung: Johann Sebastian Bach fungierte hier als Hofkapellmeister.
Gegenüber des Komödiensaals befindet sich im Nordflügel die heute noch erhaltene und beeindruckende Schlosskirche St. Trinitatis, die zu den schönsten frühbarocken Kirchen Mitteldeutschlands zählt. Ausgestattet mit Fresken und prachtvollen Stuckaturen italienischer Meister sowie einer Förner-Orgel hält die Kirche in den Kellerräumen einen weiteren Schatz bereit: die Fürstengruft mit prunkvoll verzierten Zinn- und Holzsarkophagen der Herzöge von Sachsen-Weißenfels.
Das Museum im Schloss Neu-Augustusburg beherbergt heute eine Ausstellung zum Herzogtum Sachsen-Weißenfels sowie zur Geschichte der Stadt. Außerdem befindet sich hier das größte Schuhmuseum der neuen Bundesländer mit Schuhen aus aller Welt und von prominenten Persönlichkeiten. Die Schlosskirche sowie ständig wechselnde Sonderausstellungen können während der Öffnungszeiten besichtigt werden.