Le château de Vregille a connu une longue histoire de transformations. Un ancien château, ruiné depuis 1663, a laissé place à un nouveau logis édifié en 1729-1730. L'édifice, d'abord un simple pavillon rectangulaire, s'enrichit d'agrandissements entre 1765 et 1783. Vers 1854, deux pavillons saillants encadrent la construction au nord et au sud. Une partie des bâtiments est reconstruite en 1906 du côté des dépendances. Le site conserve plusieurs pièces décorées des 18e et 19e siècles. L'ancien pigeonnier a été transformé en chapelle au cours du 19e siècle. Les écuries et remises occupent un bâtiment du 16e siècle appelé « Le Régale », qui servait autrefois de lieu de perception pour les logis seigneuriaux. De l'ancien château subsiste la base d'une tour, intégrée à l'enceinte du parc actuel.