En décembre 1430, Jeanne d'Arc, prisonnière des Anglais, séjourna dans la prison du château.
Le bâtiment actuel fut commencé en 1578 par Henri de Guise et Catherine de Clèves, puis terminé en 1665 par la Grande Mademoiselle, cousine germaine du roi Louis XIV.
Il devint la résidence d'été de Louis-Philippe, roi des Français (1830-1848), qui y reçut deux fois la reine Victoria d'Angleterre en 1843 et 1845, signifiant ainsi "l'Entente cordiale" entre la France et le Royaume-Uni.
Demeure de la famille d'Orléans jusqu’au début du XXe siècle, le château connut entre 1872 et 1886 une période de grands travaux sous la direction du célèbre architecte Eugène Viollet-le-Duc.
En 1905, l'édifice fut acquis par l'ancienne famille impériale du Brésil, les princes d'Orléans-Bragance.
En 1964, après de multiples pérégrinations, la ville d’Eu se porta acquéreur du château.
En 1973, la municipalité y installe sa mairie et le Musée Louis-Philippe est créé.
En 1987, le parc et les dépendances de l'ancien domaine royal, situés sur le territoire de la ville d'Eu, sont classés.
Une partie de l’ancien domaine royal du château demeure privée et appartient aux héritiers d'Isabelle d'Orléans-Bragance, ses fils Michel et Jacques d'Orléans, ainsi qu'un de ses petits-fils, Robert d'Orléans, fils du défunt prince Thibault (+1983).
