In zwei Urkunden vom 21. September 1209 wurde die Familie mit Bertoldus de Wincigeroth (in unterschiedlichen Schreibweisen) unter den edelfreien Zeugen erstmals urkundlich erwähnt. Ihr Stammsitz ist das Dorf Wintzingerode bei Worbis. Im Laufe des Spätmittelalters erwarb die Familie umfangreichen Grundbesitz im Eichsfeld, im heutigen Niedersachsen, in Hessen und Thüringen. Im Gefolge der Reformation und Gegenreformation verlor die Familie an Vermögen und Einfluss, konnte jedoch ihren Kernbesitz um die Burg Bodenstein halten und erreichte mit Hilfe der Welfen den Fortbestand des evangelischen Bekenntnisses in den Dörfern Kirchohmfeld, Kaltohmfeld, Wehnde, Tastungen und Wintzingerode. Durch den Streit zwischen Kurmainz und Braunschweig um die Lehnshoheit über Bodenstein nach dem 1593 erfolgten Tod des letzten Hohnsteiner Grafen erlangte die Familie die iura circa sacra (Kirchenhoheit), die sie bis 1803 ausübte. Daneben stand der Familie die Hohe und Niedere Gerichtsbarkeit, die Hohe und Niedere Jagd und das Bergregal zu.
Im Verlauf des 15. bis 18. Jahrhunderts errichteten Mitglieder der Familie innerhalb der Herrschaft Bodenstein die Herrenhäuser Unterhof und Oberhof in Kirchohmfeld, das Gutshaus Adelsborn sowie die Herrenhäuser in Wehnde, Tastungen und Wintzingerode. Heute ist noch der Unterhof in Kirchohmfeld vorhanden. Adelsborn, Wehnde und Tastungen wurden nach Kriegsende mutwillig zerstört, der Oberhof in Kirchohmfeld 2005 abgerissen. 2017 wurde das Herrenhaus in Wintzingerode abgerissen, dessen Park durch zahlreiche Neubauten schon während der DDR-Zeit zersiedelt wurde und kaum mehr zu erkennen ist.
Am 21. August 1794 wurde der kurkölnische Kämmerer und landgräflich hessische Oberhofmeister Georg Ernst Levin von Wintzingerode auf Bodenstein und dessen Nachkommen von Kaiser Franz II. in den erblichen Reichsgrafenstand mit dem Prädikat „Hoch- und Wohlgeboren“ erhoben. Der Freiherrenstand der übrigen Familienmitglieder wurde vom Reich 1803 und von Preußen 1830 (unter Ausschluss des Hauses Auleben) bestätigt. In der Linie Auleben durfte nur ein etwaiger Senioratsverweser den Freiherrentitel führen.
1803 fiel das Eichsfeld mit der Herrschaft Bodenstein an Preußen und nach einer gegen die Gesamtfamilie erhobenen preußischen Felonieklage erkannte diese Friedrich Wilhelm III. nach anfänglichem Widerstreben als Oberlehnsherrn an. 1807 gelangte das Eichsfeld an das neugebildete Königreich Westphalen. Durch dessen Gesetzgebung begann eine Entwicklung, in deren Verlauf bis in die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts die Familie ihre verbliebenen hoheitlichen Rechte sowie die an Lehnsnehmer vergebenen Flächen in 25 Dörfern des Eichsfelds verlor. Übrig blieben die auch bisher selbstbewirtschafteten Flächen im Ohmgebirge. Von der Möglichkeit, ein Patrimonialgericht nach dem Allgemeinen Preußischen Landrecht einzurichten, wurde kein Gebrauch gemacht. 1905 erschien der historische Roman Die von Wintzingerode von Paul Schreckenbach, der sich mit den Geschehnissen um Berthold XI. von Wintzingerode (1505–1575) zu Beginn der Gegenreformation befasst. Er erlebte mehrere Neuauflagen bis in die 1930er Jahre hinein.
Im Jahre 1837 vermählte sich der Königlich Preußische Kammerherr Wilhelm Freiherr von Wintzingerode mit Fräulein Clara von Knorr, einer Tochter des Sittig Freiherren von Knorr auf Sollstedt. Mit diesem starb im Jahre 1847 das thüringische Adelsgeschlecht derer von Knorr in der männlichen Linie aus. Noch zu dessen Lebzeiten hatte König Friedrich Wilhelm III. von Preußen die beiden Schwiegersöhne des Freiherrn Sittig von Knorr, Wilhelm Frhr. von Wintzingerode und den Kammerherrn und Oberfinanzrat August Freiherr von Hanstein, so wie deren männliche Nachkommen, mit dessen Gütern und übrigen Besitzungen und Einkünften belehnt, demzufolge ihren jeweiligen Familiennamen noch der Name »Knorr« angefügt wurde. August Frhr. von Hanstein-Knorr und seine Nachkommen führten, sowie die auch die bis heute blühend fortbestehende Linie der Freiherren von Wintzingerode-Knorr, aufgrund der Namensänderung ein Allianzwappen. Der Zweig der Freiherrn von Hanstein-Knorr ist in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts im Mannesstamm erloschen.
Gemäß der „Verordnung über die demokratische Bodenreform“ wurden 1945/1946 die im Eichsfeld ansässigen Zweige der Familie vertrieben. Ihr Besitz, die Güter Bodenstein, Adelsborn, Wehnde, Tastungen, Kirchohmfeld-Unterhof und Wintzingerode (zusammen etwa 2200 ha) wurden konfisziert. Seit 1996 sind die Grafen von Wintzingerode wieder auf dem Eichsfeld ansässig und bewirtschaften einen Forstbetrieb auf zurück erworbenen Waldflächen ihres früheren Fideikommisses Bodenstein, des sogenannten Bodenwaldes im westlichen Ohmgebirge.
Einer der freiherrlichen Zweige der Familie besitzt seit 1918 die Burg Pottenstein in der Fränkischen Schweiz. In Wien gibt es eine nach dem General Ferdinand Freiherr von Wintzingerode benannte Straße und in Leipzig-Meusdorf einen Wintzingerodeweg. In Hannover existiert ein Winzingerodeweg.