Поместье, где возвышается сегодня замок Шенонсо, принадлежало с 1243 года семье де Марк, выходцам из Оверни. Денежные затруднения заставили семью продать свое поместье Томасу Бойе, интенданту по финансовым делам в Нормандии. Влюбленный в ренессансный стиль, Бойе решил разрушить старый замок, чтобы возвести новое сооружение. Огромные затраты на строительные работы объясняют девиз, который семья Бойе приказала выгравировать вместе с их инициалами Т.В.К.: "Кто сюда когда-нибудь придет, пусть вспомнит обо мне".
После перехода владения в руки сына Бойе, Антуана, замок был конфискован Франциском I под предлогом компенсации за ряд нарушений в финансовых делах, за которые Томас нес ответственность. По некоторым источникам, экспроприация 1533 года была продиктована желанием короля обладать прекрасным поместьем, славившимся своими охотничьими угодьями. Франциск I иногда наведывался в Шенонсо в сопровождении небольшого круга приближенных, Элеоноры Габсбургской - своей второй жены, своего сына Генриха, своей невестки Екатерины Медичи, своей фаворитки Анны де Писселе - дамы д'Эйи, и Дианы де Пуатье, фаворитки его сына.
Существует множество самых невероятных историй, связанных с именем Дианы де Пуатье: будто бы она была одновременно любовницей короля и его сына; будто бы Франциск I просил ее "обучить науке любви" его сына, еще неопытного юношу, которого она сделала своим любовником. Как бы то ни было, Диана всегда имела большое влияние на дофина Генриха, который, став в 1574 году королем, несмотря на свой брак с Екатериной Медичи, не переставал осыпать Диану всевозможными подарками, хотя он был младше ее на 19 лет. Новый король учредил даже ее эмблему в виде полумесяца — знак Дианы-охотницы, и одевался в цвета своей фаворитки — белое и черное.
Вскоре замок Шенонсо стал собственностью Дианы вопреки всем законам, запрещавшим отчуждение владений, принадлежавших Короне. Одновременно с Сокровищами Короны Генрих II сделал еще один подарок своей фаворитке, простив ей часть налога, который он лично ей вернул. Благодаря этим средствам Диана де Пуатье смогла с 1551 года предпринять работы по благоустройству своего владения, включая перепланировку парка и фруктового сада, в котором росли овощи и фрукты, считавшиеся в ту пору экзотическими, например артишоки и дыни. Невзирая на возраст, Диана сумела сохранить свою красоту, как об этом свидетельствует ее знаменитый портрет, где она изображена обнаженной вместе с оленем. Чтобы сохранить свою молодость, она с утра окупалась в ледяную воду, скакала на лошади и прогуливалась пешком, чтобы затем уснуть до полудня.
;В 1559 году, по предсказанию Нострадамуса, Генрих II скончался от смертельной раны, нанесенной ему на турнире копьем Монтгомери. Королева, став регентшей, поспешила вернуть Сокровища Короны и, в первую очередь, замок Шенонсо. После некоторых колебаний Диана поняла, что лучше уступить, и удалилась в свой замок Анэ, где она вскоре и умерла в возрасте 66 лет.
;В 1580 году архитектор Андруэ Дюсерсо построил на мосту через реку Шер новое крыло. Эта двухэтажная конструкция представляла собой два длинных фасада, прорезанных ритмично чередующимися окнами, ризалитами, люкарнами. Верхний этаж, оборудованный как бальный зал, был богато декорирован, как и вся остальная часть замка.
Сегодня замок, полностью восстановленный, открыт для посещений публики. При входе в поместье нужно пересечь длинную аллею, окаймленную вековыми деревьями, которая ведет на широкую эспланаду. По правой стороне раскинулись сады Дианы де Пуатье. На углу Парадного двора, омываемого водами Шера, возвышается средневековый донжон, частично обновленный. Подъемный мост позволяет попасть на нижний этаж, где можно увидеть Зал Гвардейцев, стены которого увешаны гобеленами XVI века. В капелле находятся скульптуры каррарского мрамора, среди которых "Мадонна с младенцем". Кроме Зеленого зала и Комнаты Дианы де Пуатье можно посетить галерею, где выставлены картины Рубенса, Приматиччо, Ван Лоо, Миньяра и Наттье. На второй этаж можно подняться по лестнице с прямыми маршами, чтобы увидеть там Комнату Габриэль д'Эстре, Парадную комнату, или комнату "Пяти Королев", комнату Екатерины Медичи и комнату Карла Вандомского. В служебных помещениях размещается Музей восковых фигур. Там воспроизведены сцены из жизни замка с некоторыми наиболее известными историческими персонажами. Так, там можно видеть Екатерину Бойе с менестрелем, Диану де Пуатье на охоте, Генриха II и Диану, мадам Дюпэн, принимающую Руссо и Вольтера.