Ce château est l’une des dernière et des plus belles copies du style Louis XIII dont il a toutes les caractéristiques : la brique vernissée au-dehors, mate à l’intérieur, 13 ouverture sur la façade principale et une orientation plein Sud pour profiter au maximum du soleil.Il aura fallu seulement 3 ans pour construire le château mais 10 ans pour en élaborer les plans. Un des architectes fut Charles Garnier (célèbre pour l’opéra Garnier de Paris). Garnier avait une particularité, il construisait toujours sur pilotis. Le château est lui aussi construit sur des piliers qui reposent sur des poutres en chêne, le tout est noyé dans un béton à la chaux. Le château de Villersexel est l’un des premiers bâtiments civils à utiliser le métal dans sa construction. C’est Gustave Eiffel, le second architecte, qui a dessiné cette ossature métallique.
L'intérieur du château
La hauteur du plafond au rez de chaussée est de 5m50, sauf dans le grand salon où les plafonds atteignent 6m50.
La galerie
La galerie mesure 72 mètres de long. Dans cette galerie, de larges baies vitrées, typiques du XIXe siècle, qui préféraient la lumière et la chaleur au style. Grâce à ces grandes baies vitrées, la galerie est un véritable chauffage solaire…avant l’heure.
La bibliothèque
C’est une des bibliothèques les plus importantes de toute la région, plus de 10 000 volumes. Parmi ces livres on trouve des incunables datant de Gutenberg, des traités de droits communs sur la Bourgogne et la Franche-Comté, ainsi que des bibles et des missels des archevêques de Grammont. Ce sont ces archevêques qui ont construit les hôpitaux de Besançon, de Luxeuil et de Villersexel. Ils ont également créé un ordre religieux qui existe toujours (l’ordre de la Compassion).
La salle à manger
On y trouve un décor typique du XIXe siècle, en faux gothique : avec des colonnes au-dessus des portes, un plafond peint, un lustre rococo en bronze qui pèse plusieurs centaines de kilos, des vaisseliers en noyer, une cheminée en marbre noir de Belgique, au-dessus de la cheminée une tapisserie d’Aubusson : Saint-Georges terrassant le dragon. Sur les murs, les velours datent de la construction ; ils ont donc plus de 100 ans.
Le petit salon
Au-dessus de chaque porte, des peintures typique du XIXe siècle. Elles représentent les quatre éléments : l’eau, la terre, l’air : sur l’air on aperçoit des ballons ; exceptionnel pour cette époque, les frères Mongolfiers seraient morts de dénuement tout près de Villersexel si la famille ne les avait pas recueillis, d’où cette allusion au ballons. Quatrième élément, le feu, c’est ici une vision au premier degré mais nous pouvons voir les choses au second degré. Il faut alors regarder le dernier panneau : on y voit une femme éclairant le château, c’est, en fait, la raison éclairant le monde.
Le grand salon
Dans cette pièce : 6m50 de hauteur de plafond, 150m² au sol, 1 000 m cube. La pièce a été spécialement construite aux dimensions des tapisseries des Gobelins qu'elle accueille : elles représentent la leçon d’équitation de Louis XIII et sont plus anciennes que le château. Sur le plafond à caissons sont peints en bleu les quatre saisons, et autour, en bandeau, les écussons (les armes des familles apparentées)
Les communs
Les écuries ont été classées monument historique le 29 mars 2005 par le même arrêté que le château.
Les autres bâtiments des communs et en particulier , logement du portier, remises voisines, ancien manège ont été inscrits monument historique le 19 décembre 2001.
