Édifice remarquable par sa composition en plusieurs phases successives, le Château de Lamartinie débute avec un logis-donjon carré du 16e siècle (aile sud). À la fin du 16e ou au début du 17e siècle, un corps d'habitation allongé flanqué d'une tourelle d'escalier polygonale vient s'y adjoindre. Une troisième aile nord, symétrique au donjon méridional, fut rajoutée plus tard. En 1895, l'architecte Lemaigre-Dubreuil orchestre une vaste restauration commandée par la famille Bouygues, alors propriétaire. Cette campagne ajoute sur la façade Est une tourelle polygonale adossée au corps central et une tour de flanquement nord-est, tandis qu'une tourelle sud-est vient couronner l'extrémité opposée de l'édifice. Des ailes relient ces éléments en délimitant une cour intérieure. À l'intérieur, plusieurs pièces furent réaménagées et décorées lors de cette même restauration fin de siècle.