Édifié au premier quart du XVIe siècle, le château de Chamerolles se déploie selon un plan trapézoïdal entouré de fossés en eau. Quatre tours circulaires massives marquent les angles de cette forteresse réinventée en demeure d'agrément. L'entrée principale est commandée par un pavillon rectangulaire flanqué de deux tourelles, dont l'une abrite l'escalier ; sa base voûtée accueille passage charretier et poterne. À l'ouest s'élève le corps de logis principal avec ses ailes en équerre, tandis que cuisines, écuries et appartements occupent les autres ailes.

L'intérieur révèle des lambris et cheminées du milieu du XVIIIe siècle. Une chapelle gothicisante séduira les amateurs de voûtes à liernes et tiercerons. Un élégant escalier en pierre, rehaussé d'une rampe en fer forgé de la fin du XVIIIe, relie les ailes et donne accès à la tribune de la chapelle.

Les jardins ont connu des métamorphoses successives : d'abord contenus dans un quadrilatère canalisé jusqu'en 1789, ils s'ouvrent ensuite à l'inspiration classique avec un étang en miroir d'eau aux contours cintrés. Aménagés à l'anglaise au XIXe siècle, ils tombent dans l'abandon après 1920.