Le corps principal est édifié en brique et meulière au-dessus d'un soubassement percé de fenêtres en plein cintre ou en anse de panier. Deux ailes carrées flanquent la partie centrale, et des pavillons annexes sont disposés pour favoriser l'organisation de grandes réceptions. Les architectes ont aménagé, selon le souhait des commanditaires, un grand salon à triple exposition de 25 mètres de long sur 8 mètres de large et 6 mètres sous-plafond. Une serre-galerie ou jardin d'hiver permettait, à partir du bâtiment principal, de gagner une immense salle à manger, ornée de décors cynégétiques sculptés sur bois, installée dans un pavillon adjacent. La cuisine se trouvait au sous-sol de ce pavillon. Les façades sont en meulière et chaînages de brique, agrémentées d'encadrements de fenêtres et de linteaux en pierre de taille. Le perron en fer à cheval mène à la porte d'entrée sommée des armoiries des d'Uzès avec la devise : Feroo non auro.
Une ancienne dépendance du château, la louveterie, a été restaurée et peut être louée pour des réceptions.
Le parc de 64 hectares, planté d'une grande variété d'arbres et de plantes, comporte un cours d'eau qui alimente un petit et pittoresque étang, avec embarcadère, ainsi qu'un temple de l'Amour, seul vestige des fabriques parmi lesquelles on citait un pavillon chinois, une mosquée et une canardière, petit pavillon de briques octogonal muni de meurtrières et couvert de paille. Il est entouré du Parc naturel régional de la Haute Vallée de Chevreuse sur une superficie de 25 000 hectares entre l'Yvette et la Remarde. Un petit pont, surmonté en son centre d'un kiosque de style néogothique (vers 1850), a été restauré en 1998 dans le cadre de la gestion du parc naturel régional. Les étangs de Bonnelles constituent une réserve naturelle volontaire.