Mit der Reformation am Beginn des 16. Jahrhunderts rückte Thüringen ins Zentrum der deutschen Politik. Martin Luther studierte zunächst an der Universität Erfurt und wohnte im Augustinerkloster, bevor er nach Wittenberg ging und die Reformation begann. Schließlich wurde er vom sächsischen Kurfürst Friedrich dem Weisen auf der Wartburg versteckt, wo er an der Bibelübersetzung ins Deutsche arbeitete. 1525 begann als Folge der Reformation der Bauernkrieg, der in den thüringischen Städten Mühlhausen und Frankenhausen zwei seiner Zentren und mit Thomas Müntzer einen starken Anführer fand. Später begann in Thüringen der Schmalkaldische Krieg zwischen katholischer Reichsgewalt und protestantischen Fürsten, der 1547 mit der Wittenberger Kapitulation und einer Niederlage der Protestanten endete. Deshalb ging die sächsische Kurwürde von den zunehmend an Bedeutung verlierenden Ernestinern an die Albertiner über. Als die fränkischen Gefürsteten Grafen von Henneberg 1583 ausstarben, trat ein Erbvertrag in Kraft, der den Ernestinern umfangreiche Besitztümer in Franken, das Gebiet des heutigen Südthüringen, einbrachte. Mit der Erfurter Teilung 1572 begann die fortwährende Zersplitterung des ernestinischen Besitzes in zahlreiche Herzogtümer, die teilweise bis 1918 Bestand hatten. Es bildeten sich 1640 zwei ernestinische Hauptlinien heraus: das Haus Sachsen-Weimar und das Haus Sachsen-Gotha. Während Ersteres nur wenige Nebenlinien hatte und als höchsten Vertreter die erste deutsch-preußische Kaiserin Augusta von Sachsen-Weimar-Eisenach stellte, hatte das Haus Sachsen-Gotha sehr viele Nebenlinien, die meist über ein eigenes Land herrschten. Außerdem stellt dieses Haus eine Reihe europäischer Könige, so die britischen Könige (seit 1901), die belgischen Könige (seit 1831), die portugiesischen Könige (1837–1910) und die bulgarischen Könige (1887–1946).