Reconstruit entre 1565 et 1604, le château de Noirlieu présente un plan en U caractéristique de la Renaissance. Entouré de douves en eau, le logis était flanqué de tours aux angles. Ses dépendances formaient un quadrilatère régulier, ponctué à l'est par une tour ronde isolée.

Aujourd'hui, le château porte les marques du temps : il ne conserve que deux ailes en angle droit (nord et est), l'aile ouest ayant disparu. Les traces de deux tours rondes restent visibles. Les communs ont subi des transformations, notamment l'ajout de granges à l'arrière de l'aile nord. Une petite construction en béton et tôle ondulée, datant des années 1950, a trouvé place dans l'angle du logis.