בפעם הראשונה התקיימה הדוכסות לזמן קצר לאחר מותו של היינריך הרביעי, דוכס מקלנבורג בשנת 1477, וחלוקת אדמותיו לאחר מכן בין בניו בשנת 1480. אלברכט השישי קיבל את האחוזות של לורדות ורל לשעבר סביב גיסטרו. עם זאת, אלברכט נפטר ללא יורשים בשנת 1483, ואדמותיו עברו בירושה לאחיו הצעיר מגנוס השני, דוכס מקלנבורג-שוורין.
כאשר נפטר מגנוס בשנת 1503, בניו היינריך החמישי ואלברט השביעי שלטו תחילה במשותף על כל דוכסות מקלנבורג, עד לחלוקה מחודשת באמנת נוברנדנבורג משנת 1520. אלברט, שהיה מתנגד נוקב לרפורמציה הפרוטסטנטית, התעקש על החלוקה והפך לדוכס מקלנבורג-גיסטרוב, ואילו אחיו היינריך שמר על מקלנבורג-שוורין. עם זאת דה יורה, מקלנבורג נותרה בלתי מחולקת; שני האחים החזיקו בתואר דוכס מקלנבורג, וכיוון שהיינריך הותיר רק בן אחד לא שפוי כשנפטר בשנת 1552, אדמות שוורין נפלו לבניו של אלברכט, אולריך השלישי ויוהאן אלברכט הראשון.
באותה תקופה שלטו יוהאן אלברכט ואולריך במשותף על אדמות גיסטרו, אך כעת נקלעו לסכסוך סביב החלק של שוורין בירושה. המחלוקת הוחלט לבסוף בשנת 1556 על ידי תכתיב רופין של יואכים השני, הנסיך הבוחר מברנדנבורג: יוהאן אלברכט הראשון קיבל את שוורין, בעוד אולריך נשאר דוכס מקלנבורג-גיסטרו. אולריך נפטר ללא יורשים בשנת 1603, וגיסטרו נפלה חזרה לנכדיו של יוהאן אלברט אדולף פרידריך הראשון ויוהאן אלברכט השני, שליטים משותפים של מקלנבורג-שוורין משנת 1610 ואילך.
מקלנבורג-גיסטרו הוקמה בפעם השלישית והאחרונה בחלוקה של 1621, כאשר יוהאן אלברכט השני קיבל את אזור גיסטרו. בשנת 1628 הורחקו הוא ואחיו בשוורין מדוכסויותיהם בהוראת הקיסר פרדיננד השני לטובת הגנרליסימו אלברכט פון ולנשטיין. באופן רשמי הודחו הדוכסים על כך שצדדו בסתר בכריסטיאן הרביעי, מלך דנמרק, בעוד שלמעשה ניתנה מקלנבורג כפיצוי על ההוצאות האדירות ששילם ולנשטיין בבניית הצבא הקיסרי. הוא התגורר בגיסטרו, אך הודח על ידי הקיסר כעבור שלוש שנים בלחץ של הנסיכים הבוחרים, ואילו הדוכסים בתמיכת הכוחות השוודים הוחזרו לשלטונם.
בית מקלנבורג-גיסטרו קיבל על עצמו את ניהול הנסיכות-בישופות הקתולי לשעבר של רצבורג לאחר המרתו ללותרניזם בשנת 1554. עד שלום וסטפאליה ב-1648, החלוקה הושלמה לבסוף ולמנהלה האחרון מונה הדוכס גוסטב אדולף.
