Le château de Renay révèle une superposition de périodes architecturales. Au nord-ouest se dresse une puissante tour circulaire du 15e siècle, rehaussée à la Renaissance par deux rangées d'étroites ouvertures ornementées sur sa façade occidentale. Cette tour, qui dominait alors les terres dépendant de l'abbaye de la Trinité de Vendôme, s'accompagne d'un bâtiment adjacent formant équerre, simple amorce du mur d'enceinte encadrant le plan carré du fief médiéval. Le château tel qu'on le voit aujourd'hui date du 17e siècle : un édifice quadrangulaire dont la façade sud se termine aux deux extrémités par des pavillons saillants, reflétant les évolutions du goût classique.