Le château actuel de Nogent-le-Roi est une reconstruction du XIXe siècle édifiée en 1863 par l'architecte Alfred Chapelain en style néo-Louis XIII. Il remplace une forteresse médiévale cédée à Philippe-Auguste en 1218 par la comtesse de Blois, qui devint une résidence royale accueillant Saint-Louis et Louis le Hardi à partir du XIIIe siècle. Après la Guerre de Cent Ans, Charles VII la concéda à Pierre de Brézé, qui la reconstruisit. Le château médiéval fut détruit lors de la Révolution après sa vente comme bien national.

Le château de Chapelain conserve un intérieur très représentatif du Second Empire, agrémenté d'épis de faîtage du XVIIe siècle provenant du château de Grogneul. Une éolienne alimentait autrefois la pièce d'eau. Vers le nord subsistent les vestiges de la forteresse primitive : un mur de courtine encadré de deux tours carrées, dont l'une a gardé son système défensif, ainsi qu'une poterne.