La construction du chateau s'est effectuée à quatre époques. D'abord il repose sur l'ancien chateau féodal des Comtes de Blois. Louis XII fit construire l'aile nord-est entre 1498 et 1508 sous la direction de Colin Biart, l'architecte du Chateau d'Amboise.
L'architecte de l'aile nord-ouest, dite Francois I, est Dominique de Cortone, elle est marquée par la Renaissance Italienne. La facade sur cour est agrémentée du celèbre escalier de style gothique.
La facade nord (photo ci contre) domine l'ancienne vallée de l'Arrou et comporte de nombreuses galeries et fenetres. L'aile sud-ouest est due à Gaston d'Orléans, elle est restée inachevée.
Le chateau de Blois a souvent servi de résidence royale au XVIème siècle, c'est là qu'eut lieu l'assassinat du Duc de Guise en 1588.
La mère de Louis XIII, Marie de Médicis y fut exilée pendant deux ans en 1617.