La construction du château commença au début du XVIe siècle sur les fondations d’une ancienne forteresse.

En 1533, il fut légué à Louise de Montmorency, sœur du connétable Anne de Montmorency et veuve du Maréchal Gaspard de Coligny. Son plus jeune fils, François de Coligny, seigneur d’Andelot, entreprit la construction du grand château (1550 –1568), jusqu’aux guerres de Religions (Saint Barthélemy 1572).

Le Château séduit notamment par les souvenirs de cette page mouvementée de l’histoire de France qu’il évoque. L’amiral de Coligny avait l’habitude de réunir ici les autres chefs de la Ligue protestante.

  De la Renaissance française datent la Tour Coligny et la Tour de la Ligue, ainsi que le petit château (1610), commencé par François de Coligny et terminé par son gendre, Jacques Chabot, Marquis de Mirebeau.

Le grand château fut achevé au milieu du XVIIe siècle. Son nouveau propriétaire,

Michel Particelli, Seigneur d’Emery, surintendant des Finances, fit appel à l’architecte Pierre Le Muet qui s’inspira du style des constructions d’origine. Datent notamment de cette époque la partie droite de la cour d’honneur, les imposantes douves, les écuries et le canal dans le parc. Certains détails d’architecture, tels que les pyramides sur le pont d’accès, le mur entourant la Cour verte, la Galerie des Césars, le Nymphée, sont imprégnés du goût italien.

A la fin du XVIIe siècle, Jean Thevenin, Gouverneur de Saint-Denis, fait Marquis de Tanlay en 1705 par Louis XIV, acquiert le château de Phelypeaux de la Vrillière, gendre de Particelli.

Depuis, Tanlay appartient à la même famille qui l'a orné intérieurement au XVIIIe siècle.
Le Comte de La Chauvinière, actuel propriétaire, est le fils de l'ambassadeur Edouard de La Chauvinière et de Marguerite de Tanlay.