Der Stuttgarter Unternehmer Paul Lechler errichtete das Hauptgebäude des Kurhauses Palmenwald und ein kleines Haus als private Unterkunft, nach einem Erholungsurlaub im Luftkurort Freudenstadt mit der Familie. Er gründete mit weiteren Stuttgartern Unternehmern eine gemeinnützige Aktiengesellschaft und unter Leitung des Missionspredigers David Huppenbauer wurde die Kur- Pension unter christlicher Hausordnung eröffnet.
Durch seinen Einfluss und sein Engagement erreichte Lechler den verbesserten Ausbau der Bahnverbindung zwischen Stuttgart und Freudenstadt. Er brachte die Winter-Kursaison nach Freudenstadt, um das Haus ganzjährig geöffnet zu halten und führte dreimonatige „Haushalts- und Kochkurse für gebildete junge Töchter“ ein. Hieraus entstand 1909 das „Palmenwald-Kochbuch“ mit 1300 Rezepten zusammengetragen von den Kochlehrerinnen Anna Diewald & Helene Zeller.
Ab 1909 liefen die Kochkurse nur noch am Rande, da sich mehr und mehr Ärzte für die Winterkur interessierten. Der Ausbruch des ersten Weltkrieges sorgte dafür, dass das Palmenwald 1914 als Reservelazarett diente. Schon nach wenigen Tagen wurden hier 400 Verwundete gepflegt. Im März 1919 war das Hotel wieder als Kurhaus freigegeben.
Nach einer umfassenden Renovierung begann der Kurbetrieb im August 1920 wieder. Die Zimmer wurden nach und nach mit fließendem Wasser ausgestattet. Mit Ausbruch des zweiten Weltkriegs wurde das Kurhaus wieder zum Lazarett umfunktioniert. Das Palmenwald überstand die Zerstörung Freudenstadts im April 1945 unbeschadet und wurde nach Besetzung französischer Offiziere für obdachlos gewordene Familien freigegeben.
Nach einer weiteren großen Renovierung im März 1950 wurde das Kurhotel wiedereröffnet und bis 2005 unter wechselnden Besitzern betrieben.
Am 17. April 2010 hat „Das Palmenwald Schwarzwaldhof“ unter dem neuen Eigentümer Stefan Sharlopov wieder seine Pforten geöffnet und erstrahlte in neuem Glanz, ganz im Stil der Gründungszeit. Das Hotel diente ebenfalls mehrfach als Filmkulisse für die TV-Serie „Der Schwarzwaldhof“.
Im September 2021 übernahmen Familie Schreiber und Lutzenberger, aus Ulm, das Hotel. Im April 2022 schließt sich das Palmenwald der Soft Brand BW Signature Collection by Best Western an.