La Casa de la Moneda de Segovia fue una de las siete cecas principales de Castilla autorizadas a continuar después de 1497 por los Reyes Católicos, quedando el resto cerradas. Anteriormente, se había acuñado moneda en la ciudad aproximadamente desde el año 30 a.C. por los romanos. Ya durante la Reconquista se vuelve a acuñar moneda a partir de 1126 a nombre de Alfonso VII. Con Enrique IV se construye un nuevo edificio para la Casa de la Moneda, y se inaugura en 1455. Este edificio, que se conoce como la Casa Vieja después de que se estableciera el nuevo Real Ingenio en 1583, estaba situado intramuros, en el corralillo de San Sebastián, cerca del Postigo de Consuelo, próximo a donde el acueducto penetra la muralla de la ciudad. Hoy no sabemos si los anteriores talleres de acuñación estuvieron en este mismo lugar o en otro.
En la Casa Vieja se acuña a martillo, a lo largo de sus 226 años de operación, moneda de vellón, cobre, plata, oro y todos los resellos hasta su última moneda en 1681. Durante 95 años Segovia tuvo dos fábricas de moneda trabajando simultáneamente, totalmente distintas e independientes hasta que la Casa Vieja es cerrada oficialmente en 1730, cuando Felipe V centralizó toda la acuñación de moneda a las fábricas de Madrid, Sevilla y el Real Ingenio de Segovia, cerrando las demás. Por aquel entonces ya estaba prohibido acuñar a martillo.
Hacia mediados del siglo XVI, la tecnología alemana transforma el antiguo procedimiento de la acuñación a martillo en un proceso mecanizado mediante el empleo de ingenios de laminación impulsados por grandes ruedas hidráulicas. Este proceso llega rápidamente a España gracias a la Casa de los Austrias. Hacia finales de 1580, Felipe II culmina una serie de negociaciones sobre artillería y maniobras de tropas con su primo, el Archiduque Fernando de Tirol, que en agradecimiento le regala varios de estos aparatos que se iban fabricando para este propósito en la Casa de Moneda de Hall, cerca de Innsbruck. En la primavera de 1582, Jacob Bertorf, jefe de la Casa de Moneda de Hall y sus colaboradores, empezaron la construcción de la maquinaria y en febrero de ese mismo año le envía los técnicos necesarios para preparar su implantación en España.
El Real Ingenio de la Moneda de Segovia, fue fundado en 1583 por Felipe II, al otro lado de la ciudad - extramuros y al pie del Alcazár - para aprovechar la fuerza del río Eresma para sus 14 grandes ruedas hidráulicas. En principio, se pensaba ubicar los ingenios en Sevilla donde llegaba el metal americano y parece que también se consideraron otros sitios: Lisboa, Toledo y Madrid. Pero en mayo de 1583, por deseos particulares de Felipe II, se elige un antiguo molino de papel y harina sobre el río Eresma en Segovia como el emplazamiento para la nueva ceca. La obra del nuevo edificio se comienza el 7 de noviembre de 1583 bajo las trazas dadas por el famoso arquitecto Juan de Herrera, que se había reunido poco antes en el molino con el propio Rey y los técnicos alemanes.
La maquinaria se transporta en un convoy de 25 carros que sale el 2 de octubre de 1584 de la ciudad de Hall. La ruta elegida era el llamado camino español, considerado seguro porque, en su mayor parte, discurría por territorios controlados por los Habsburgo, que unía en esta época Flandes con la Península Ibérica, atravesando el Tirol. Tras una larguísima y ardua expedición de más de dos mil kilómetros, atravesando puertos de montaña, ríos, lagos y el mar, la maquinaria llega a Segovia el 1 de junio de 1585 y en cuatro semanas ya se había acuñado la primera prueba.
En marzo de 1586 el Ingenio comienza su producción regular, funcionando simultáneamente con la Casa Vieja, pero con absoluta independencia, durante casi un siglo. Al inicio del siglo XVII el arquitecto Francisco de Mora reforma la fundición sustituyendo los techos de madera por bóvedas de ladrillo. Las intervenciones de Francisco de Mora, discípulo de Juan de Herrera, mantendrán la estética de la arquitectura herreriana.
Aunque el Ingenio de Segovia era la fábrica de moneda más avanzada del país, la Casa de Moneda de Sevilla captó la mayor parte de la producción debido a su proximidad al puerto de entrada de los metales. El Ingenio mantuvo la ventaja tecnológica hasta 1700 cuando se instalan prensas de acuñación a volante en Madrid y Sevilla. Pero durante los primeros años de su actividad, no había más de una docena de plantas similares en todo el mundo. Su novedad se debía a la gran fuerza que los ingenios aplicaban sobre la tira de metal mientras pasaba entre dos cuños cilíndricos, permitiendo la acuñación de monedas más circulares, grandes y nítidas que el golpe de martillo.
La moneda circular del Ingenio fue recibida por su valor facial sin necesidad de pesarla, ya que la grafila en sus bordes frustraba las pícaras intenciones de los que cercenaban trozos de oro y plata de las monedas con bordes irregulares acuñadas a golpe de martillo.
Aparte de su singularidad tecnológica, el Real Ingenio de Segovia funcionó con absoluta independencia del resto de las casas de moneda: era propiedad particular de la Casa Real, construido por Felipe II con su propio dinero y administrado a través de la Junta de Obras y Bosques con reglas y ordenanzas propias, a diferencia de las demás casas de moneda que fueron gobernadas por el Consejo de Hacienda.
El Real Ingenio fue escenario de un sin fin de visitas reales durante sus 282 años de operación. Visitantes como el Príncipe de Gales y otros famosos se deleitaron al observar el funcionamiento de las máquinas. De 1609 a 1682 se acuñaron los gigantes cincuentines de plata (50 reales) y centenes de oro (100 escudos), ambos de 76mm de diámetro, inventados por Diego de Astor, grabador del Ingenio, para que el rey los regalase.
Como a las demás cecas lejos de Sevilla, el Real Ingenio siempre tenía dificultades en obtener metales para labrar. A pesar de que se fundó como lugar para acuñar metales del rey, los monarcas prefirieron acuñar en Sevilla, y el Ingenio quedó igual que las demás casas competiendo para obtener consignaciones de plata del rey o de los mercaderes de Sevilla, cuando llegaba la flota a este puerto.
En 1730 Felipe V centralizó las acuñaciones peninsulares de plata y oro en Madrid y Sevilla, por lo que el Ingenio de Segovia quedó reservado para acuñar toda la moneda de cobre del Reino. Pero a partir de la mecanización de las cecas americanas (1732-1768) la mayor parte de los metales se acuñaban allí en moneda, por lo que se enviaban menos barras a acuñar a la Península. Ya en el siglo XIX, Segovia acuñaba más metal por peso que las casas de Madrid o Sevilla.
Desde su primera moneda hasta 1756, el Real Ingenio siempre acuña con el sistema mecanizado de ingenios hidráulicos, con cuños de rodillo. En la primera mitad del siglo XVIII, con los Borbones, llegan cambios profundos, introduciendo en 1771 la acuñación a volante o balancín. La primera reconversión tecnológica llevaría asociada importantes reformas en el edificio bajo la dirección del arquitecto real Francisco Sabatini. Éste construye un nuevo edificio para los volantes, sustituye el canal de madera por uno de piedra y efectúa otras obras de mejora. Fernando VII llevaría a cabo la última gran obra en el edificio en 1829, la monumental puerta de estilo neoclásico construida por el arquitecto Juan José Alzaga, uno de los ejemplos más destacados de este estilo en Segovia.
Desde 1772 se acuña con prensas de volante hasta 1864, y desde 1866 con modernas prensas automáticas hasta su última moneda en 1868. Se cierra la ceca de manera definitiva en 1869, por Orden de 11 de junio, tras la inauguración de la nueva fábrica de moneda centralizada en Madrid.